復合材料研究是目前一個較為熱門的方向，復合材料主要分為：①纖維增強復合材料②夾層復合材料③顆粒復合材料④混雜復合材料；對于纖維增強復合材料來說，又分為連續(xù)增強復合材料、短纖維增強復合材料。短纖維增強復合材料，其優(yōu)點在于比強度高、比模量大、可設計性高、耐腐蝕、抗疲勞等，因此成為近年來的研究熱門。

有限元仿真是研究材料力學性能的重要手段，而仿真的第一步即為模型的建立。由于短纖維增強復合材料的有限元模型需要考慮隨機的纖維分布，如果纖維束數(shù)量較多，則手動在abaqus中直接建模工作量會過于繁重，因此本文介紹了一種基于abaqus的建模插件，可以成功快速實現(xiàn)隨機纖維增強復合材料拉伸試樣模型的建立。

一、新增功能

爭對此，可對隨機纖維增強復合材料拉伸試樣進行插件建模，在前一版本中，主要基于下面的標準試樣進行短纖維模型的建立。

插件版本1.0

但是實際中，不同研究人員所用拉伸試樣尺寸可能不一致，為解決這一問題，發(fā)布了復合材料拉伸試樣插件2.0版本了，在該版的插件中，我們將拉伸試樣的尺寸考慮在內，將試樣尺寸變成為用戶自定義的參數(shù)。

插件版本2.0

二、纖維生成算法

此插件核心之一在于如何生成不相交的纖維，因此選擇選用解析幾何方法對隨機生成的纖維是否與已經(jīng)生成的纖維進行相交判斷，不相交的判斷算法如下，首先生成的纖維可以看做空間線段，當每條線段之間的最短距離均大于纖維直徑時，此時纖維的位置視為均不相交,由此進行判斷纖維是否相交；

核心之二在于,如何保證纖維的體積含量，由于隨機生成的纖維需要切割，切割后纖維的體積含量很難計算，如果一次生成所有纖維在切割，容易導致體積含量過大或者過小，無法保證；本插件采用迭代算法逼近，即先根據(jù)體積含量計算出初始纖維體積，再經(jīng)歷一道切割之后，計算切割后纖維體積距離設定的體積分數(shù)還差幾個纖維，進行第二次迭代……以此類推直到切割后的纖維體積距離設定體積分數(shù)小于一個纖維體積時，整個迭代結束，以此確保纖維的體積精確。

與此同時，當設定的參數(shù)不合理時，可能導致迭代的過程無法收斂，如在纖維體積含量過大時會出現(xiàn)纖維難以生成導致一直死循環(huán)，所以再本插件中，設置了最大的迭代次數(shù)上線，當超過這個最大次數(shù)時，即使體積未達到，整個生成過程也將中止，以此保證腳本的收斂。

三、插件界面及參數(shù)介紹

插件界面

本插件的參數(shù)主要分為兩大部分，拉伸試樣的尺寸，以及纖維的尺寸。拉伸試樣的尺寸中主要定義了長度方向上的三個尺寸，寬度方向上的兩個尺寸及厚度方向上一個尺寸；纖維尺寸中，定義了纖維長度、纖維直徑纖維的體積分數(shù)，以及用于控制腳本收斂的迭代次數(shù)。

四、插件的測試效果

測試1：

本次測試標準拉伸試樣，纖維長度5，直徑1，體積分數(shù)0.1；生成結果如下：

整體模型

纖維模型

該參數(shù)下，該插件生成該模型共用時6min，經(jīng)歷了20次迭代，生成的模型中纖維體積471.26mm3，模型總體積4800.46mm3，纖維占比0.0982，與設計值0.1的誤差值僅1.8%。誤差極小，用時高效。

測試2：

測試不同的拉伸試樣尺寸，纖維長度5，纖維直徑1，纖維體積含量5%，生成結果如下：

整體模型

纖維模型

由于該模型生成的纖維數(shù)量較少，所以該模型共計用時20s，迭代7次。生成的纖維體積66.24mm3,模型總體積1401.1mm3，纖維體積占比4.72%，與設計5%之間誤差僅5.4%。

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公眾號:320科技工作室

總結

以上是生活随笔為你收集整理的基于Abaqus的随机纤维增强复合材料拉伸试样建模插件2.0的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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