[發明專利]一種考慮復合材料參數三維各向異性非線性的有限元數值模擬方法

在審

• 申請號: 201810985142.6
• 申請日: 2018-08-28
• 公開（公告）號: CN109117573A
• 公開（公告）日: 2019-01-01
• 發明（設計）人: 王樹青;姚潞;何文濤;孟祥劍;張常友;魏慧賓
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 青島中天匯智知識產權代理有限公司 37241
• 代理人: 劉曉

1.一種考慮復合材料參數三維各向異性非線性的有限元數值模擬方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1：利用ABAQUS子程序UMAT，調用主程序ABAQUS中當前迭代步下的積分點應力、應變與應變增量等參數；

步驟S2：根據上述讀取的材料應力應變，利用基體材料應力應變關系式，計算出此時基體的彈性模量，同時帶入復合材料的各向異性參數計算公式，計算出當前迭代步下的復合材料的各項異性參數；

步驟S3：由上述求得的當前迭代步下的各向異性參數，組裝更新當前迭代步下復合材料的應力應變關系式；

步驟S4：根據步驟S1讀取的應變增量，以及步驟S3得到的應力應變關系式，計算求解當前迭代步下的應力增量；

步驟S5：根據步驟S4中的應力增量，結合步驟S1中讀取的數據，更新應力、應變，最終將更新的應力、應變、應變增量帶入到主程序ABAQUS進行收斂測試；在迭代步中完成以上5個步驟后，將當前迭代步的計算結果在主程序ABAQUS中進行收斂測試，如果當前迭代步的結果收斂，則該增量步結束，進入到下一個增量步；否則繼續到下一個迭代步，重復上述步驟S1-步驟S5，如果迭代次數超過主程序最大迭代次數，則終止計算。

2.根據權利要求1所述的有限元數值模擬方法，其特征在于：所述步驟S2中，基體材料應力應變關系式為下列公式：

由于管道整體結構在受力過程中，并不是只承受單一方向的荷載，因此按常規方法，讀取單一方向的應變并不足以充分反應基體材料的整體應變變化，在此提出一個等效應變來描述當前載荷下基體的應變，從而方便后面更加準確的計算此時基體結構的彈性模量，等效應變公式如下：

式中ε₁，ε₂，ε₃，ε₁₂，為單元積分點在各個方向的應變；

根據上述公式計算出的等效應變，代入下列公式計算當前迭代步下的基體的彈性模量：

復合材料的各向異性參數計算公式如下所示：

E₁＝E_fV_fV₁+E_m(1-V_fV₁1)

等式左邊(E₁，E₂，E₃，μ₁₂，μ₁₃，μ₂₃，G₁₂，G₁₃，G₂₃)為復合材料的各向異性彈性模量，右邊包括纖維與基體的彈性模量(E_f，E_m)、泊松比(μ_f，μ_pe)、剪切模量(G_f，G_m)；V_f，V_m分別是纖維與基體在區域I中的體積比。V₁，V₂分別是區域I與區域II在整個復合材料層的體積。

3.根據權利要求1所述的有限元數值模擬方法，其特征在于：所述步驟S3中，通過如下公式組裝更新當前迭代步下復合材料的應力應變關系式：

4.根據權利要求1所述的有限元數值模擬方法，其特征在于：所述步驟S4中，通過如下公式計算求解當前迭代步下的應力增量：

dσ_i＝S^-1×dε_i。