一文了解LS-DYNA复合材料分析

复合材料及LSDYNA在结构分析中的应用

复合材料因其轻质、高刚度、高韧性等特性，在航空航天、军工、汽车工业、船艇、体育器械、电子、运输、医疗等行业中有着广泛的应用。进行复合材料零部件产品结构分析时，对仿真中准确模拟复合材料力学特性的需求日益增长。LSDYNA作为显式求解领域的旗帜工具，在复合材料仿真能力上位于业界领先地位。

复合材料介绍与LSDYNA中常用FRP复合材料本构




复合材料通过人工复合含有一定数量比的两种或多种组分，形成了具有特殊性能的多相、三维结合材料，并在具体应用中展示出重量轻、强度韧性大、抗腐蚀性、耐火性等优势。LSDYNA中广泛使用的FRP复合材料本构涵盖了几乎所有主流失效准则，支持Shell、Tshell及Solid单元的分析，能有效进行静强度、冲击、碰撞、制造工艺等复合材料相关问题的仿真。

复合材料铺层建模流程

在LSDYNA中，通过定义FRP复合材料铺层的流程进行路径模型构建。对于多层的复合材料，使用单层Shell单元或厚壳单元模拟多层结构，通过定义单元的薄层厚度、材料方向等信息。若需要详细描述分层失效行为，则需定义壳单元、solid单元、厚壳单元，并通过内聚力单元或CONTACT_TIEBREAK方式将层与层之间连接起来，实现破坏行为的模拟。

复合材料铺层建模的坐标系定义

在进行复合材料分析时，正确定义材料坐标系是关键。LSDYNA提供了全局、局部及材料坐标系的概念，用户可以根据分析需求，定义前处理软件中铺设材料的方向。壳单元与solid单元的材料坐标系定义各有特色，通常需设置理想材料坐标方向，而非单纯使用默认值，并通过旋转角度参数得到最终坐标系。

内聚力单元及材料本构

复合材料的分层破坏是常见的失效特性。内聚力单元是模拟层间破坏的有效工具，通过定义Traction与Separation之间的关系表征断裂的能量。基于此模型，用户可为不同类型的破坏模态（横向剪切、纵向剪切）定义不同形式的本构关系，反映复合材料非线性、各向异性等复杂力学特性。

简述短/长纤维及颗粒增强复合材料

与长纤维连续增强复合材料相比，短纤维和颗粒增强材料展现出了各向异性、密度分布均一性弱等特性，导致了更复杂的微观结构和宏观力学性能表现。通过材料均质化方法，用户可以模拟每个空间区域的微观结构差异，达到宏观有效模拟的目。LSDYNA的RVE分析功能通过三维或二维有限元模型，允许针对复合材料基体和增强体采用合理本构模型，实现对复杂材料行为的精确描述。

总之，LSDYNA在复合材料分析领域提供了强大的工具和文档资源。从基础的复合材料类型介绍到同具体仿真案例的复合材料铺层建模、内聚力单元使用逻辑，再到分析流程优化和覆盖率的提高，它为结构工程师们处理复杂的复合材料工程问题提供了全面的支持。未来的版本亦将继续发展，增强复合材料分析的能力，促进这一领域内的技术进步。