对复合材料进行有限元分析可以查询复合材料各组分受力情况，建立特定结构的FE模型进行FEA分析，然后与实验结果相比较，为最终深入分析其他轴向复合材料的各种性能，应用FE模型预测其他轴向复合材料的性能做准备。建立两轴向经编复合材料沿MD（0°）方向以及CD（90°）方向共建立了两个与实验尺寸1:1的有限元模型。另外，为了提高计算速度，确保网格尺寸划分足够合理以捕捉材料的变形，采用1/4对称模型进行加载计算，研究在单向拉伸作用下复合材料的内力分布及变形特征，并与实验数据相对比，二者相互验证。即原实验尺寸为250mm×25mm×2.8mm，有限元模拟尺寸为125mm×12.5mm×2.8mm。

7.1.5.1　模型的建立

通过创建部件命令建立各种材料实体单元，包括经纱系统（0°）、纬纱系统（90°）以及“基体”。其中经纱尺寸宽4.2mm，厚0.45mm，间距0.8mm；纬纱尺寸宽3.8mm，厚0.25mm，间距1.2mm。材料孔隙率含量为6.26%。按照实验，两轴向经编复合材料由4层多轴向布同向铺层得到，因此，在建模时，经纱系统与纬纱系统交叉堆叠共四层。模型一为两轴向经编复合材料沿MD（0°）方向拉伸，模型二为两轴向经编复合材料沿CD（90°）方向拉伸。

（1）模型一。经纱系统（0°方向）、纬纱系统（90°方向）如图7-5所示。

图7-5　模型一：经纬纱系统的建立

有限元模型一按照双轴向增强织物同向四层铺层，沿0°方向拉伸织物FE模型如图7-6所示，注入基体后，沿0°方向拉伸复合材料FE模型如图7-7所示。

图7-6　沿0°方向拉伸织物FE模型

图7-7　沿0°方向拉伸复合材料FE模型

（2）模型二。经纱系统（0°方向）、纬纱系统（90°方向）如图7-8所示。

图7-8　模型二经纬纱系统的建立

有限元模型二按照双轴向经编增强织物同向四层铺层，沿90°方向拉伸织物FE模型如图7-9所示，基体注入后沿90°方向拉伸复合材料FE模型如图7-10所示。

图7-9　沿90°方向拉伸织物FE模型

图7-10　沿90°方向拉伸复合材料FE模型

7.1.5.2　材料本构模型的选择

经纱系统以及纬纱系统的应力—应变本构关系呈现非线性，假设材料在达到最大抗拉强度前为线弹性，达到最大抗拉强度后呈较大的脆性断裂，为了使计算能够收敛，假定材料达到最大抗拉强度后仍能承受一定的力，此过程中以断裂能控制裂纹扩展。经纬纱系统断裂采用最大主应力断裂模型，如图7-11所示。

由于基体弹性模量低，能承受大的变形，因此，可假定为各向同性的理想弹塑性材料。基体断裂模型如图7-12所示。(www.daowen.com)

7.1.5.3　接触定义

两轴向经编复合材料由经纱系统、纬纱系统、基体三相材料复合而成，基体与经纬纱系统采用“tie”的黏结方式，即在分析的过程中，面面黏结不发生分离，如图7-13所示。纱线间接触选用“general”接触。

图7-11　经纬纱系统断裂模型

图7-12　基体断裂模型

图7-13　材料的接触

7.1.5.4　边界约束条件

在模型的一端施加初始约束，主要约束端部的3个平动位移（Ux=0、Uy=0、Uz=0），在模型的另一端建立参考点并施加荷载，由于abaqus中用位移控制加载比用力控制加载计算更容易收敛，所以，本文采用位移控制加载。模型一以及模型二的边界条件如图7-14所示。

图7-14　边界条件的施加

7.1.5.5　网格单元划分

网格单元的划分要合理，划分过大影响计算结果；网格划分过密，节点数大大增加，计算耗时长，需要的计算机内存容量大。经分析当网格尺寸小到一定值（3mm）时，计算结果比较稳定。本文网格尺寸采用3mm，单元类型为三维实体六面体八节点（C3D8R）线性减缩积分单元。模型经划分网格如图7-15所示。

图7-15　网格划分

7.1.5.6　提交分析作业

在环境栏的module列表中选择job功能模块提交作业，此时将在安装文件夹中生成相应的inp文件。

7.1.5.7　后处理

获得材料不同应变下的应力扩散云图以及显示材料拉伸过程中的变形云图。