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汽車碳纖維DYNA建模方法

2019-05-22 22:36:25·  來源：車輛碰撞安全  
　
碳纖維（carbon fiber，簡稱CF），是一種含碳量在95%以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，層與層之
碳纖維（carbon fiber，簡稱CF），是一種含碳量在95%以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，層與層之間借范德華力連接，經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。其中含碳量高于99%的稱石墨纖維。
     
汽車碳纖維又稱汽車碳化纖維，泛指一些以碳纖維編織或多層復(fù)合而成的材料。因為它又輕又堅硬，所以它的用途很廣泛。主要是應(yīng)用在外殼和零件上面。汽車碳纖維有著質(zhì)輕、安全、經(jīng)濟的特點。在汽車領(lǐng)域，碳纖維材料主要應(yīng)用在車身和底盤等主要結(jié)構(gòu)件、剎車片、輪轂、   傳動軸、車架、內(nèi)外飾、方向盤、座椅骨架等。
    
碳纖維在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用率先從賽車開始，近年來在民用汽車中得到了廣泛的引用。寶馬i3、i8電動車的模塊化車身大量采用了碳纖維復(fù)合材料；奔馳SLR Mclaren同樣也使用了碳纖維材料的底盤、車門、發(fā)罩；雪佛蘭corvette c7應(yīng)用了碳纖維材質(zhì)的發(fā)罩和內(nèi)飾；還有蘭博基尼跑車等。
        
碳纖維材料是以樹脂為基體的各向異性層疊復(fù)合材料，類似于“三明治”。碳纖維布根據(jù)織造纖維絲的強度、型號、編制方式、制作工藝、或者各層碳纖維排列布置角度差異可形成不同特性的復(fù)合材料。因此，仿真中需要根據(jù)復(fù)合材料各層的布置方式定義其鋪層角度。
       
下面簡單介紹一下在DYNA中的碳纖維是如何建模的。
 
屬性定義
        碳纖維材料屬性定義有兩種方法，一種采用之前一篇文章里面提到的風(fēng)擋玻璃的屬性定義方法，這里不再贅述。
        另一種碳纖維材料屬性定義采用*PART_COMPOSITE關(guān)鍵字來定義。如下圖所示，各層的厚度、鋪層角度等特性。
     卡片中MIDi為層材料ID；THICKi為層的厚度；Bi為碳纖維材料的BEAT角。
       材料積分點的個數(shù)就等于層數(shù)，如果要增加積分點就需要增加層數(shù)，比如說一個層積分點由一個變?yōu)閮蓚€，那么將該層變?yōu)榈群穸鹊膬蓪?，材料相同?/div>
材料定義
         在DYNA中對于碳纖維材料建模一般采用MAT_054-055號材料模型。
*MAT_ENHANCED_COMPOSITE_DAMAGE
     1、DYNA54號各向異性材料模型，可以定義各層結(jié)構(gòu)特性方向不同的多層復(fù)合材料。
     2、54號與55號區(qū)別是失效準(zhǔn)則不同，54號采用Chang-Chang失效準(zhǔn)則，55號則采用Tsai-Wu準(zhǔn)則。
     3、僅可用于殼單元。
     4、各向異性材料特性相對于材料坐標(biāo)系給出。
    卡片中：
    EA：為A向楊氏模量
    EB：為B向楊氏模量
    PRBA：為AB向柏松比
    GAB：為AB向剪切模量
    TFAIL：基于時間步的單元失效控制參數(shù)
    ALPH：非線性階段失效的剪切應(yīng)力系數(shù)
   FBRT：b向失效后降低材料的抗拉極限
   YCFAC：b向失效后降低材料的抗壓極限
   DFAILT：碳纖維的最大抗拉應(yīng)變
   EFS：有效失效應(yīng)變，b向負載下該值參與失效評價
   XC：縱向抗壓強度
   XT：縱向抗拉強度
   YC：橫向抗壓強度
   YT：橫向抗拉強度
   SC：剪切強度
   CRIT：失效標(biāo)準(zhǔn)。
    AOPT：坐標(biāo)系方式，為2時,通過A1～A3建立一個坐標(biāo)系，基于該坐標(biāo)系定義材料特性。需要輸入A向量，c軸為殼單元的法向，則材料b向為b = c X A，a = b X c。由于材料系統(tǒng)是基于全局實體店，因此該選項是全局正交異性。
控制卡片設(shè)置
     設(shè)置*DATAbase_EXTENT_BINARY參數(shù)
     設(shè)置NEIPS，MAXINT參數(shù)為復(fù)合材料的總層數(shù)，可以輸出各層的積分點歷史數(shù)據(jù)；
     設(shè)置CMPFLG參數(shù)為1 ，應(yīng)力和應(yīng)變是相對于材料坐標(biāo)系輸出的；
     設(shè)置CMPFLG參數(shù)為0 ，應(yīng)力和應(yīng)變是相對于全局坐標(biāo)系輸出；
     設(shè)置STRFLG參數(shù)為1，輸出應(yīng)變信息。
     設(shè)置*CONTROL_ACCURACY參數(shù)
     設(shè)置INN參數(shù)為2，節(jié)點編號順序不變，保持單元坐標(biāo)系恒定，減小正交殼的響應(yīng)對面內(nèi)剪切變形和沙漏變形的敏感性，提高計算穩(wěn)定性。 

掃描以下二維碼，從這里學(xué)碰撞安全、乘員保護、約束系統(tǒng)、試驗分析 

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