汽车碳纤维DYNA建模方法

2019-05-22 22:36:25·  来源:车辆碰撞安全  
 
碳纤维(carbon fiber,简称CF),是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成,层与层之
碳纤维(carbon fiber,简称CF),是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成,层与层之间借范德华力连接,经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。其中含碳量高于99%的称石墨纤维。
     
汽车碳纤维又称汽车碳化纤维,泛指一些以碳纤维编织或多层复合而成的材料。因为它又轻又坚硬,所以它的用途很广泛。主要是应用在外壳和零件上面。汽车碳纤维有着质轻、安全、经济的特点。在汽车领域,碳纤维材料主要应用在车身和底盘等主要结构件、刹车片、轮毂、   传动轴、车架、内外饰、方向盘、座椅骨架等。
    
碳纤维在汽车领域的应用率先从赛车开始,近年来在民用汽车中得到了广泛的引用。宝马i3、i8电动车的模块化车身大量采用了碳纤维复合材料;奔驰SLR Mclaren同样也使用了碳纤维材料的底盘、车门、发罩;雪佛兰corvette c7应用了碳纤维材质的发罩和内饰;还有兰博基尼跑车等。
        
碳纤维材料是以树脂为基体的各向异性层叠复合材料,类似于“三明治”。碳纤维布根据织造纤维丝的强度、型号、编制方式、制作工艺、或者各层碳纤维排列布置角度差异可形成不同特性的复合材料。因此,仿真中需要根据复合材料各层的布置方式定义其铺层角度。
       
下面简单介绍一下在DYNA中的碳纤维是如何建模的。
 
属性定义
        碳纤维材料属性定义有两种方法,一种采用之前一篇文章里面提到的风挡玻璃的属性定义方法,这里不再赘述。
        另一种碳纤维材料属性定义采用*PART_COMPOSITE关键字来定义。如下图所示,各层的厚度、铺层角度等特性。
     卡片中MIDi为层材料ID;THICKi为层的厚度;Bi为碳纤维材料的BEAT角。
       材料积分点的个数就等于层数,如果要增加积分点就需要增加层数,比如说一个层积分点由一个变为两个,那么将该层变为等厚度的两层,材料相同。
材料定义
         在DYNA中对于碳纤维材料建模一般采用MAT_054-055号材料模型。
*MAT_ENHANCED_COMPOSITE_DAMAGE
     1、DYNA54号各向异性材料模型,可以定义各层结构特性方向不同的多层复合材料。
     2、54号与55号区别是失效准则不同,54号采用Chang-Chang失效准则,55号则采用Tsai-Wu准则。
     3、仅可用于壳单元。
     4、各向异性材料特性相对于材料坐标系给出。
    卡片中:
    EA:为A向杨氏模量
    EB:为B向杨氏模量
    PRBA:为AB向柏松比
    GAB:为AB向剪切模量
    TFAIL:基于时间步的单元失效控制参数
    ALPH:非线性阶段失效的剪切应力系数
   FBRT:b向失效后降低材料的抗拉极限
   YCFAC:b向失效后降低材料的抗压极限
   DFAILT:碳纤维的最大抗拉应变
   EFS:有效失效应变,b向负载下该值参与失效评价
   XC:纵向抗压强度
   XT:纵向抗拉强度
   YC:横向抗压强度
   YT:横向抗拉强度
   SC:剪切强度
   CRIT:失效标准。
    AOPT:坐标系方式,为2时,通过A1~A3建立一个坐标系,基于该坐标系定义材料特性。需要输入A向量,c轴为壳单元的法向,则材料b向为b = c X A,a = b X c。由于材料系统是基于全局实体店,因此该选项是全局正交异性。
控制卡片设置
     设置*DATAbase_EXTENT_BINARY参数
     设置NEIPS,MAXINT参数为复合材料的总层数,可以输出各层的积分点历史数据;
     设置CMPFLG参数为1 ,应力和应变是相对于材料坐标系输出的;
     设置CMPFLG参数为0 ,应力和应变是相对于全局坐标系输出;
     设置STRFLG参数为1,输出应变信息。
     设置*CONTROL_ACCURACY参数
     设置INN参数为2,节点编号顺序不变,保持单元坐标系恒定,减小正交壳的响应对面内剪切变形和沙漏变形的敏感性,提高计算稳定性。 

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