层合板低速冲击仿真
关键词：ABAQUS VUMAT，低速冲击，接触力，失效，层合板
复合材料无论是从仿真角度还是从试验角度，都是个金字塔式的研究。Step by step，环环相扣，缺一不可。
最近遇到很多学生都在做复合材料低速冲击失效的分析。而在做冲击分析之前，还得把材料的各个方向的静强度、模量分析好，或者通过试验得到准确的参数。
这样拉伸、压缩、剪切，不同方向都来一遍，工作量还是很大的。拿到这些基本参数后，才能开展冲击仿真。
冲击仿真，无论是想把失效形式、失效分布模拟出来，还是把接触力响应曲线模拟出来，都很有难度。这是由接触问题本身的复杂性以及试验的分散性决定的。并且，显示动力学求解速度慢，计算耗时长，仿真结果影响因素多。
因此，想把各个参数或者边界条件都摸清楚，让仿真能够复现试验，需要足够的耐心，足够的时间，和一台配置还不错的计算机。
本文我们结合一个论文的算例，采用ABAQUS VUMAT 给出低速冲击下的层合板失效分析结果。
模型与参数
铺层：16层，单层厚度0.1325mm。[0/±22.5/±45/±77.5/90]s。
层合板尺寸：150mm×100mm。
冲头：2.077kg，R=8mm。
材料是碳纤维复合材料，参数如下：
边界条件与载荷
冲击能量：11J，换算成冲击速度是3.2546m/s。
约束：实际试验中，板子被放在一个镂空的工装上，125mm×75mm。因此仿真中，约束125mm×75mm之外的底部节点的厚度方向位移。
仿真的约束
本构模型与失效处理
在VUMAT中，采用Hashin准则进行失效判断，对失效的单元做刚度折减模拟失效。注意，这里没有使用单元删除。
接触力结果
文献接触力结果如下：
工作室仿真结果如下，从结果看，工作室的仿真效果要优于文献结果。
工作室仿真结果
失效分布结果
文献结果如下：
文献的背面仿真结果
图来源：谭建设.复合材料层合板低速冲击响应的试验研究与仿真分析[D].上海交通大学,2014.
工作室仿真结果如下，从结果看，背面和文献都能仿真出接近“十字形”分布。文献没有对试验件进行扫描，只做了拍照，照片看不清晰，这里就放试验的图了。
工作室的背面仿真结果
工作室的冲击正面仿真结果
容易踩坑的点
边界条件：动力学的分析对边界条件非常敏感，约束的条件尽量和试验保持一致； 材料参数：材料参数要尽可能准确，否则接触载荷和失效分布会差异很大； 结果后处理：如果冲头冲破试验件，仿真和试验的接触载荷要去对比前半段，后半段没有意义。
