选用Abaqus 6.14软件进行有限元分析。Abaqus是一款具有强大模拟功能的商业软件，在解决简单的线性问题和复杂的非线性问题方面具有一定优势，通常应用于工程分析领域，解决结构、动静态应力/位移、疲劳分析、热电耦合、流体等问题。其分为显式分析和隐式分析两大模块，用户界面简单明了，极大地提高了使用效率，主要包括设置材料属性、装配、设置分析步、边界条件、施加载荷、网格划分和分析计算几大步骤。Abaqus能够很好地模拟复杂的工程环境，而被广泛应用在预测与分析产品或材料的性能上。

将构建好的基体和增强体几何模型导入Abaqus软件中，依据材料参数和实验条件依次对模型设置材料属性、装配、分析步、设置接触和边界条件、网格划分。

7.2.2.1　设置材料属性

材料属性是指材料本身具有的物理或化学特性，是进行有限元分析的重要物理参数。复合材料由基体和增强体组成，两者材料属性不同，而四轴向经编玻璃纤维经纱、纬纱和45°方向纱线属性也不相同，因此，依次赋予它们不同的材料属性。环氧树脂和纱线的力学性能参数见表7-8。

经编纱的线密度为83　dtex，相比于轴向排列的纱线束，细度较细，所占体积分数约为3%。为简化建模，提高计算效率，将经编纱对复合材料的力学贡献转化到基体上，即通过增强基体力学性能的方法等效代替经编纱。依据经编纱和基体所占体积比及对应的力学性能，根据公式（7-31）混合率法则，将经编纱的力学贡献转化到基体上。

表7-8　材料的力学性能参数

E=EpVp+EmVm

（7-31）

式中：E——等效基体的模量，GPa；

EP——经编纱的模量，GPa；

VP——经编纱的体积分数，%；

Em——基体的模量，GPa。

7.2.2.2　装配

将导入Abaqus中的基体、经纱、纬纱和45°纱线通过移动、旋转、翻转等命令装配在一起，构成复合材料RVE模型，装配好的RVE模型如图7-27所示。(www.daowen.com)

图7-27　RVE几何模型

7.2.2.3　分析步

准静态拉伸属于静力分析，分析步类型选取“Static, General”，分析步时间设置为5，初始增量步设置为0.1。输出变量分为场变量和历史变量，场变量主要表征材料承载过程中变量的应力分布，历史变量主要表征不同时间下变量的变化规律。

7.2.2.4　接触条件

复合材料成型过程中，由于树脂的作用，增强体被固定，纱线和树脂之间存在界面结合力。在模拟分析过程中，需要设置基体和纱线间接触条件。基体和增强体之间的接触设定为“Tie”接触形式，且将基体表面设置为主面，即“Master surface”；纱线表面设置为从面，即“Slave surface”，各方向接触条件设置如图7-28所示。

图7-28　接触条件

7.2.2.5　边界条件

与拉伸实验相同，在模拟过程中，试样的一端被固定，另一端施加速度载荷，加载速度为0.0333mm/s（与实验拉伸速度一致，即2mm/min）。模型的固定端在初始阶段被完全约束，端面设置set集合，U1=U2=U3=UR1=UR2=UR3=0，两侧限制转动自由度，U2=UR1=UR2=UR3=0，加载端施加速度载荷，边界条件如图7-29所示。

图7-29　边界条件

7.2.2.6　网格划分

构建的复合材料模型结构较为复杂，无法直接进行有限元分析，需要进行网格划分，即分割成若干个网格单元。网格的划分需要兼顾网格数量、质量、密度等，线性积分单元网格类型主要有四面体、六面体和楔形单元，网格数量过大会增大运算量，占用存储空间过大而易导致运算失败，数量过少会导致计算不准确。选取合适的网格类型，使整个模型划分均匀，避免网格扭曲，尽量减少低质量网格数量，提高计算准确度。考虑基体结构复杂，故选取四面体（C3D4）进行划分，对于规则的增强体则选取六面体（C3D8R）进行划分，单元类型与数量以及各组分网格划分结果分别见表7-9和图7-30。

表7-9　单元类型及各组分网格划分结果

图7-30　网格划分