仿真模型参数设置

仿真模型参数设置此次仿真分析采用 MAT54 号材料，参数设置如图一：图一 参数设置仿真的结果及结果的稳定性与参数设置有很大关系，其主要分为三类：材料参数( Rho,EA,EB,EC,PRBA,PRCA,PRCB,GAB,GBC,GCA )、应变失效参数（ DFAILT,DFAILM,DFAILS,DFAILC,EFS ） 、强度参数（ XT,XC,SC,YT,YC ） ，表一为各参数意义。参数 意义Rho 密度EA X 方向杨氏模量EB Y 方向杨氏模量EC Z 方向杨氏模量（未用到）PRBA X-Y 面泊松比PRCA X-Z 面泊松比（未用到）PRCB Y-Z 面泊松比（未用到）GAB X-Y 面剪切模量GBC X-Z 面剪切模量GCA Y-Z 面剪切模量DFAILT 纤维最大拉伸应变DFAILM 基体最大拉伸及压缩应变DFAILS 最大剪切应变DFAILC 纤维最大压缩应变SOFT 冲击强度减少系数EFS 有效失效应变XT 纵向拉伸强度XC 纵向压缩强度SC 剪切强度YT 横向拉伸强度YC 横向压缩强度AOPT 材料轴选项V1 V2 V3 定义材料轴坐标系表一 MAT54 主要参数意义（其余参数在此次仿真中未用到）以下将就部分主要参数的变化对模型的影响进行讨论。1、材料参数Rho,EA,EB,EC,PRBA,PRCA,PRCB,GAB,GBC,GCA 为材料固有属性，因此其值按照对应材料进行设置，这里不进行分析。2、应变失效参数1.DFAILTDFAILT 另取 0.013、0.0045、0.00625 与基准值（0.017）进行对比，仿真结果如图二所示：图二 DFAILT 值影响DFAILT 值为纤维最大拉伸应变大小，当纤维在此方向达到最大应变值时，这一层的单元就将被删除。由图可知，DFAILT 取值的微小变化对于仿真结果的影响较小（DFAILT=0.013） ，但随着 DFAILT 取值的继续减小，会导致仿真结果中单元并非逐行失效以及减小到一定值（DFAILT=0.00625 开始）后出现试件整体压溃断裂（即图中载荷为 0） 。结果表明对于压溃失效，该值的影响并不大。2.DFAILMDFAILM 另取 0、0.008、0.0165 与基准值（0.024）进行对比，仿真结果如图三所示：图三 DFAILM 值影响DFAILM 值为基体最大拉伸及压缩应变，它的最大值理论上可以由 YT/EB 或YC/EB 估计出，当基体在此方向达到最大应变时，这一层单元将被删除。增大该值意味着“增大试件弹性” 。当其值低于 0.0165 时，单元并非逐行失效，将出现一定程度的断裂。特别的，当其值为 0 时，表示对此参数不进行定义。该参数是确保仿真稳定进行的一个基本参数。3.DFAILCDFAILC 另取-0.0051、-0.0081、-0.02 与基准值（-0.00116）进行对比，仿真结果如图四所示：图四 DFAILC 值影响 DFAILC 值为纤维最大压缩应变，当纤维在此方向达到最大应变时，这一层单元将被删除。在-0.2 ，-0.0081范围内变化时，改变该值的大小将会改变结果中平均冲击载荷的大小。减小该值（DFAILM=-0.02） ，将会增加结果中平均载荷及峰值；增大该值到-0.0081，仿真结果开始出现单元非逐层失效，继续增大出现试件的立即压溃。由此结果表明，压缩应变失效模式是此次仿真中最主要的一个失效模式，因此，该参数的选择对仿真结果有着重要的影响。3、强度参数1.XCXC 另取-150000、-230000、-250000、-260000 与基准值（-213000）进行对比，仿真结果如图五所示：图五 XC 值影响XC 值为纤维纵向压缩强度，改变其值对结果有着很大影响。增大该值（XC=-150000）对仿真过程的稳定性影响不大，但是会降低平均载荷，另一方面，当减小 XC 值（XC=-230000）虽然能使载荷峰值增大，但是开始出现单元的非逐层失效，继续减小（XC=-250000 和-260000 ） ，试件在仿真开始就会出现压溃。仿真结果对 XC 值很敏感也表明纤维纵向的强度失效也是此类冲击仿真的主要失效模式。2.SCSC 另取 10000、13000、 17000 与基准值（22400）进行对比，仿真结果如图六所示：SC 为剪切强度。增大该值对仿真的稳定性并无太大影响。另一方面，若减小该值则会造成平均载荷及峰值载荷的下降，继续减小将会对仿真的稳定性产生较大影响，仿真过程中出现单元非逐层失效，但不会出现压溃。MAT54 采用Chang-Chang 失效准则，虽然其中并未直接出现剪切强度相关项，但是由于剪切强度影响到纤维与基体的作用，因此，SC 值也对单元的失效产生一定的影响。图六 SC 值影响4、其他还有两个参数 SOFT 及 LP 曲线的定义对仿真的结果影响很大。1.SOFTSOFT 值另取 0.6、0.7 与基准值（0.57）进行对比，仿真结果如图七所示：图七 SOFT 值影响SOFT 冲击强度减少系数，相当于前一层单元的冲击载荷对后层单元所受冲击载荷的影响，其取值范围为（0,1） 。当 SOFT1 时等同于 SOFT=0,此时即表示每层单元之间载荷并无传递关系。在（0,1）范围内，SOFT 值增大（SOFT=0.6） ，载荷峰值和平均载荷均增大，但同时稳定性降低，增大到一定程度后（SOFT0.6） ，试件在仿真开始或仿真过程中出现压溃。SOFT 值的大小与仿真的稳定性关联很大，因此，在仿真过程中，SOFT 值的设定需要不断的调试，以保证仿真的稳定性。LP 曲线LP（Load-Penetration）曲线定义的是单元接触间的穿透量及载荷大小的关系。由于此次仿真为了更贴合物理实际，即两物体接触时，接触力大小与物体变形相关且多为非线性关系，因此仿真中并未选择通常所用的接触方式Node_to_Surface，即单元接触间的穿透量及载荷成线性关系，而是选用了Rigid_node_to_Rigid_body 的接触方式，此时需定义一条 LP 曲线来模拟单元接触时的相互作用。对应于试件的软硬程度，这里定义了较硬（LP stiff）与较软（LP soft）以及 Node_to_Surface 接触中的线性载荷（LP linear）与基准（LP）进行比较。四条曲线的定义如图八。图八 LP 曲线的定义由图中可以看出，若接触较硬（LP stiff） ，则曲线对应的斜率越大，即穿透量一定时对应的载荷越大，那么这将会增加单元接触时的载荷，相反，较软（LP soft）则曲线斜率越小。用四条曲线进行仿真的结果如图九所示。图九 LP 曲线影响结果表明，较硬的接触曲线定义使得平均载荷及峰值载荷都有所下降，这个