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© Dassault Systèmes, 2018

注:

1. 源文档的交叉引用链接，本文无效
2. 有些语句英文表达更易理解，则保留原文【毕竟软件是老外开发的】

1. index

欢迎使用Abaqus/CAE复合材料建模工具，这是一个帮助层合复合材料结构的设计、分析和制造的工具。

在此欢迎部分之后，手册包含以下部分：

1. activation：如何启动复合材料建模器和相关工具
2. introduction: 关于composite modeler 在复材 设计、分析和生产中的角色的描述
3. quickstart：一个循序渐进的例子，描述了composite modeler 的基本使用方法
4. examples: 借助案例模型说明composite modeler的深入使用。
5. theory：本节包含复合材料建模器中输入和选项的基本理论和描述.
6. reference:描述复合材料建模器的各个元素，与理论部分交叉引用，作为查找工具。

可使用以下方法浏览手册:

1. 使用帮助树上的+按钮展开主题。
   

1.1 Notices

Composites Modeler and ABAQUS/CAE are designed as interoperable software.
The following are trademarks of ABAQUS Inc. or its subsidiaries:
ABAQUS, ABAQUS/CAE and the ABAQUS logo. The 3DS logo and SIMULIA are trademarks of Dassault Systemes.

2. Contact

For general enquiries, licenses and renewals, please contact us at: www.3ds.com/support

3. Activation

3.1. 启动 Composites Modeler 工具

Composites Modeler tab 可以从插件菜单中启动激活(在PART MESH PROPERTY模块下工作插件才可见)

选择插件后，CM tab就会出现：

Composites Modeler选项卡将保持可见，直到Abaqus session结束。

A QCM license will be needed as long as a layup is open.
If other users need to access the license you can free the license by closing all layups.

The on-line help （this file）可以通过点击“Documentation...”菜单选项从Abaqus中访问。

在“可视化”模块中，从插件菜单下可启动 the Failure Criteria tool:

You will need a QCM license for as long as the form is open. A results file (.odb) should already be open as the tool will expect to find results

3.2. Environment Variables

在启动Abaqus之前，需要使用通常的Windows方法设置环境变量。除此之外，可以修改abaqus_v6.env文件（不同版本文件名会不一样）。

可以设置以下环境变量来修改程序行为【变量名(粗体)，需要用户设置的值(斜体)】:

1. SLTMaterialAllowables = C:\temp\materials.csv
   • This variable allows the default material stress limits file to be set for setting Failure Criteria.
   • 默认情况下不设置文件名，用户可以使用任何需要的名称（上例中的"materials.csv"）。
   • 此文件的格式在 Allowables 目录下。
   • 可以将此文件放置该环境变量的位置下。
2. SLTAddinPath = C:\Program Files\Simulayt\Add-in\FailureLamina
   • This variable sets the path for any User Defined Criteria written as an add-in.
   • Place any add-in in a convenient location and include this location in the value of the environment variable SLTAddinPath.
   • Windows平台上此变量的默认设置如上所示。
   • 设置此变量后，GUI将显示可用的失效条件附加选项，并将调用此位置的函数来确定失效结果。
3. SLT_USE_DEGEN_HEX = True
   • 设置此值后，创建Solid元素时，C3D6将转换为C3D8R。

3.3. Licensing

This release of CMA supports two license methods:

• FLEXlm licensing via a SIMULIA license server
• DSLS licensing via a Dassault Systèmes license serv er.

The license system used will be the same as used for Abaqus and is set in the configuration file for Abaqus (abaqus_v6.env)

The user will need a QCM license

4.Introduction

Composites Modeler是一个帮助设计、分析和制造层状复合材料结构的工具。本节概述了开发复合结构的一般过程，以及分析师和设计师用于定义复合结构模型的技术。然后验证Composites Modeler的具体功能和由此产生的好处。

4.1复合材料开发过程

一般复合材料的开发过程如下所示。

零件的基本几何形状通常由其功能或边界约束来确定。基本几何的定义通常由设计者使用CAD系统完成。

接下来，zone modeling 阶段开始，将结构划分为简化的区域，并指定基本的复合材料铺层。在zone model 中，不考虑材料层延伸到区域之外。基本的纤维方向是相对于一个坐标系统来指定的，但没有给出制造过程的细节，甚至没有给出材料表面上应用的顺序。

例如，在一个区域中，总铺层厚度将指定为5 mm，有50%的纤维在标称0方向，10%在+/-45度方向，剩下的在90度方向。这一阶段通常由分析师使用有限元分析系统来预测结构响应和确定区域大小以达到所需的性能。在这一阶段结束时，复合材料基本结构被定义，但没有考虑生产制造上的限制。

接下来，指定达到所需总厚度所需的层，并进行可生产性模拟。这是该过程中最耗时的部分，因为可能会发现有些ply甚至无法制造，因此必须将其分割成更小的部分，甚至完全重新设计。但这一阶段隐含地考虑了制造约束，并允许生成制造信息，例如平面图案形状。

最后，根据ply model完成了制造。在航空航天环境中，通常使用激光投影系统将层边界投影到模具上，以确保制造符合设计和分析模型。

4.2 用于分析和设计的复合材料模型

在复合材料开发过程中，设计师和分析师以不同的方式对复合材料结构进行建模，总结如下:

分析师在shell element或在与有限元相关的surface上定义zone和ply。The finite element model is a sufficiently detailed abstraction of the real component for the purposes of defining the response. 该模型与分析代码有非常密切的联系。这意味着可以非常快速地创建和分析模型。

相比之下，设计师使用几何表面和边界曲线来定义区域和层。这种方法更精确但耗时。通常，设计模型可以直接发送到制造厂。

比较两种不同的方法，分析师的方法以牺牲细节为代价要快得多。例如，在壳元素上定义层覆盖率每层需要几秒钟，而定义精确的边界曲线可能需要更长的数量级。因此，在结构性能非常关键且时间压力很大的情况下，例如在顶级赛车运动中，ply model 通常首先由分析师定义。相比之下，对于许多加载条件更简单且开发时间压力更小的航空航天部件，通常由设计者定义ply model。

4.3 Composites Modeler

Composites Modeler集成了一些工具，使分析工具（如Abaqus/CAE）的用户能够定义ply model、进行纤维模拟，并进行对复合材料结构的有效开发其他重要的计算和过程。

4.3.1 Ply Modeling

多年来，有限元建模系统一直支持zone composite model。在zone model中，zone上的“layer”不被认为延伸到zone之外。然而，除了最简单的real model 之外，ply drop-offs (where the ply does not cover the entire model) mean that multiple zones are needed to model even relatively simple ply layups.

例如，在下面显示的四个物理 layup （或“global” plyies）的简单ply layup中，假设单元法线是一致的，我们需要四个不同的zone定义来精确地建模layup。

更糟糕的是，对ply model 的微小更改就需要完全重新生成zone model。【在ABAQUS ，这是无比繁琐的，除非使用script】。

在上面的示例中，如果在element 4-6上添加了另一个Global Ply 5，则必须修改zone 4并在elem 4和6上创建新zone。

In practice, it is all but impossible to keep track of layers in a zone model as it is modified in all except the most trivial cases

当在求解分析模型之后对结果进行后处理时，出现了更多问题.对于zone model，结果是根据基于element orientation 的local layer 进行计算。因此，request 上面模型中ply 2 的结果时，将提供elem 1和6上ply 4、elem 2-4上的ply 2和elem 5上的ply 3的结果。这意味着，如果存在 ply drop-offs.，则不可能以任何有意义的方式解释局部层的应力结果。

这在元素法线不一致的情况下尤其如此，如果曲面有分支的话，这种情况总是会发生。为了解决这些问题，Composites Modeler允许用户定义在shell elem上的plies。ply zone由连续的elem组成，标称角度（nominal angle）由参考方向（通常是坐标系的x方向）定义。材料应用的第一个点为Seed point (用户定义)。层的顶部和底部由种子点处的应用方向（通常是坐标系的–z方向）定义。

注意，ply的顶部和底部与underlying elements的法线方向没有任何关系。

这意味着Composites Modeler可以用于建模element normals不一致、ply应用方向不同或模型包含表面分支的复杂ply layup，如下所示。

可以通过Composites Modeler的树视图快速有效地浏览ply模型。用户甚至可以选择铺层模拟结果，如展开和覆盖图案，以提供铺设特性的准确视图。Composites Modeler无缝地处理了从ply layup model 到软件求解所需elem property的转换。因此，对 ply model 进行快速更改并运行后续分析可以快速且一致地进行。生成Global ply identifiers，以便在分析代码支持的地方生成全局层结果。

综上所述，ply建模允许用户有效地定义、修改和解释复合模型，即使对于具有复杂几何形状的结构也是如此。

Composites Modeler中的层建模示例在Beam_dropoff_revnormal和Fairing示例中给出。

4.3.2 Fiber Simulation

即使使用ply 建模，如果没有用于模拟铺层在车间铺覆的方法，通常也无法确定帘布层是否可生产，以及确定每个元件上的纤维取向。因此，Composites Modeler包括全面的纤维模拟功能，允许用户有效地预测组件的制造生产情况。

对于任何双曲面，用增强材料覆盖曲面的方法实际上有无限多种。一个简单的例子，考虑下图所示的带有半球形盖子的圆柱体。ply层的应用方式显然对ply层的可制造性和由此产生的纤维取向有很大的影响。这只能使用Composites Modeler的功能进行预测。

在左边的图片中，材料首先应用于双曲面的盖子。这会在材料中引起相当大的剪切，这意味着在不覆盖整个表面的情况下达到剪切极限。相比之下，在右边的图片中，材料首先应用于圆柱形区域，这是可展的（developable），因此不会引起剪切。这意味着，尽管双曲帽上的剪切力增加，但整个表面可以被覆盖。

除外，还生成了ply层的展开图案，这迫使织物以用户设想的方式覆盖表面。

总之，纤维模拟允许用户确定是否可以制造ply层，产生制造数据，实现材料剪切变形的可视化，并将纤维方向转移到分析模型。

hemisphere example提供了如何使用CompositesModeler模拟覆盖的介绍性说明。Drape_order和Drape_seedcurve_frame example中说明了更高级的铺覆技术。

4.3.3 Solid Model Generation

对于相对较厚的层压板，使用分层实体元件来恢复平面外应力并提供更好的接触定义是十分重要的。Composites Modeler具有将shell model自动拉伸为solid composite model的功能，从而生成solid element 和相应的property。

composite modeler 提供了许多方法以允许用户控制extrude 过程以生成具有所需拓扑的模型。下面显示了一些示例。

1. A new method that extrudes following the changing surface normal due to dropped off plies was added in release 2013.0913.

这方法可以保持更高质量的实体元素形状。同时，用户可以指定压降比（ drop off ratio），该压降比（ drop off ratio）允许锥形树脂区域在多个element上延伸。

2. 此外，Composites Modeler允许用户定义目标网格（target mesh），然后在源壳网格(source shell mesh)和目标网格（target mesh）之间创建实体元素。

3. Abaqus/Viewer可以可视化基于ply的应力结果以及层压板内ply的位置。这大大简化了实体模型中结果的可视化和解释，如下所示。

The example Beam_dropoff_revnormal provides an example of solid element modelling.

4.3.4 Composites Data Transfer

在复合材料开发过程中，如果可以在分析和设计之间交换ply模型，开发过程的效率将大大提高，如下所示。这意味着可以传输模型，而不是在目标环境中重新创建。

1. 如果先完成设计模型，则可以使用Simulayt's Composites Link product将CATIA V5 Composites Design模型导出为layup文件。如果该layup 文件基于analysis mesh，则可以直接将其导入Composites Modeler，或者由Composites modeler 将其映射到analysis mesh。如果使用FiberSIM，可以使用Composites Modeler将fmd/fml文件映射到分析网格上。
2. 如果先完成分析模型，则可以通过Composites Link product 将与分析模型对应的layup文件导入CATIA Composites Design，或导入FiberSIM。

example section 给出了从CATIA导入数据的示例。

5. Quickstart

本节提供了使用Composites Modeler的快速入门指南。本节旨在在运行ABAQUS/CAE和Composites Modeler的计算机上遵循。

在简要概述了Composites Modeler之后，本节将介绍一个复合材料C型梁的示例，这是飞机工业中广泛使用的复合材料。该示例分为两个阶段。本节给出了生成simplfied layup 模型的分步指南，从初始几何、约束和加载文件Cbeam0.cae开始。读者将通过本示例学习Composites Modeler的关键功能。读者将通过以下示例学习Composites Modeler的关键功能

关于solid model 和advanced layup model 的其他部分在Advanced Beam Mode节 中使用相同的C-beam example进行了说明。The advanced layup example is used to demonstrate the advanced capabilities of Composites Modeler and may be explored without first working through the previous section.

与示例相关的文件如下所示。

可以在电脑装个everything用来查找这几个文件

Quickstart节中使用的几何模型尺寸如下图：

5.1 How to use Composites Modeler

在Composites Modeler中生成模型的方法再现了在制造和测试真实组件时遵循的逻辑顺序。

An overview of the procedure is illustrated below. Operations outside the Composite Modeler box are performed
in the Abaqus/CAE Model object.

Abaqus环境中Abaqus模型和composite modeler 对象的树结构以逻辑方式引导建模者完成此过程。虽然Abaqus模型和CM对象之间的交互是无缝的，但单独识别这些组件的不同功能是有帮助的。

• 有限元（FE）模型的geomtry和mesh在Abaqus model环境中定义。
• 同样在模型环境中选择material property
• composite modeler用于从可用材料中选择合适的材料，从这些材料中定义多个ply，并在layup中使用这些ply。
• 在laying up操作期间，对材料铺覆的细节进行建模。铺层程序的控制在这个阶段定义，例如确定每个层的铺覆起点（drape start point）
• 这些composite modeler的操作封装在 Simulayt Layup file. Composites Modeler中定义的Layup对象类似于Abaqus/CAE模型的Part。在此阶段可以生成平面图案(Flat patterns)，并使用Abaqus composite modeler tools 验证叠层（lay-up）。
• 定义了叠层后，Composites Modeler将用于创建截面定义，详细说明整个FE模型中的叠层(composite lay-up)，这些截面可用于ABAQUS/CAE模型对象。这些截面定义是基于逐个单元进行的，从而允许与铺覆过程相关的层方向变化
• 边界条件、约束和荷载在Abaqus模型对象中定义，可以执行模型的结构分析并可视化结果。

Within the Results Mode of Composites Modeler:

• Failure Criteria can be calculated

5.2 Simplified Beam Model

本节提供了C型梁的step-by-step模型,特别是用于航空航天工业的。读者将通过本示例学习Composites Modeler的关键功能。用户的操作用粗体表示。

5.2.1 Loading up the Geometry

通过在Abaqus/CAE中加载数据库，查看C梁模型的几何结构。

从主菜单栏中选择“文件”>“打开”>“Cbeam0.cae”，使用“打开数据库”对话框查找cae文件的适当目录。

将上下文栏设置设置为“模块”>“属性”、“模型”>“模型-1”，“零件”>“C梁”。

通过单击主工具栏上的图标显示本机网格，显示下图

当Composites Modeler作用在网格时，对composite modeler object 操作时，以这种方式显示网格非常重要。顶部法兰和腹板如图所示。

有关模型的更多详细信息，请参见“Quick start Model Details.”一节。在本例中，尺寸单位为米（m），荷载单位为牛顿（N）。

5.2.2 Define the Material in Abaqus/CAE

分析所需的材料属性必须在Abaqus/CAE中指定，仍在ABAQUS模型树中操作。

composite modeler 生成layup时需要引用材料属性，因此需要在创建layup之前指定。

现定义材料为300gm单向材料，每层固化厚度为0.3mm。对于C型梁，使用适用于壳体分析的二维正交各向异性薄板属性。

有关更多详细信息，请参阅Abaqus/CAE用户手册第12.6节“创建和编辑材料”。

从主菜单栏中选择“材质>创建”。编辑名称，这里使用“skin300gm”；单击菜单“机械”以选择“机械”>“弹性”>“弹力”；从“弹性类型”菜单中选择“Lamina”选项；根据下表在数据输入表中输入材料属性。注意，130 GPa被输入为130e9等，因为模型以牛顿和米表示。

其他选项可以保留为默认值。 点击“OK”

5.2.3 Creating a Layup within Composites Modeler

在Abaqus/CAE中创建了模型和材料后，现在可以在Composites Modeler中创建layup。

在该简化模型中，整个梁上的复合材料叠层被指定为[0₅ +45₅ -45₅]_S，沿梁的长度方向设为0度：从内部将层施加到表面，以模拟阴模的使用。为了简化分析，将通过总厚度为1.5mm的单层对五层的块进行建模。

后面给出了一个更复杂的ply layup 示例。

Composites Modeler对Layup model(包含铺层材料、铺层和叠层顺序。)进行操作。Composites Modeler使用的有限元网格取自Abaqus/CAE对象，因此必须在建模layup之前创建该网格。

Entering the Composites Modeler Object and Creating a Layup Model

通过单击CM选项卡访问Composites Modeler对象，如下图所示。

使用+运算符展开Model-1树。

右键单击C形梁零件对象，以创建叠层，文件名为Cbeam1a.Layout。

Defining a Material in Composites Modeler

layup材料类似于一卷材料,由物理属性定义，例如厚度、经纬纤维之间的角度和最大剪切力。此外，layup材料至少引用了Abaqus/CAE模型中定义的一个力学属性集合。此示例只需要一种材质。

如有必要，使用+运算符在Composites Modeler中展开C形梁对象树

右键单击Composites Modeler Material对象以编辑材料；单击“材料”框底部的“创建”按钮以创建新材质。

填写材料属性：

• Edit the Name, we’ll use skin300gm again.
• Select the Analysis Name as skin300gm by clicking in the relevant entry box to reveal
  the drop-down menu.
• Select the Type as Uniaxial by clicking on the next box to reveal a selection menu.
• Edit the Thickness as 0.0015, working in meters.
• For this example leave the Maximum strain and Warp/Weft Angles as defaults.

单击Dismiss保存并退出Materials对话框。

Creating a Ply

Plies表示了放置在模具上以创建复合材料零件的物理材料片；在现实中，ply经常重复，因此Composites Modeler ply的实例可以在一个layup中多次使用。ply必须引用预定义的材料，并赋予在区域上；CM中的覆盖算法需要指定起点、参考坐标系和参考角度。（如果区域不存在坐标系，则必须由用户创建。）坐标系可以预先创建好，也可以创建ply的时候定义；

在此示例中，已经在模板文件中创建了坐标系。所选坐标系的X轴用于参考方向，Z轴用于应用方向，这样ply首先在起点处沿Z轴负方向放置在表面上。换句话说，Z方向从工具面指向空间。本示例要求在Composites Modeler对象中创建三个层，所有层都引用相同的材料。

operation：

• Right click on Plies> Create
  Now fill in the Basic tab data in the Ply dialog window.
  Define Ply Name (e.g. Cbeam0deg)
  Use default Material as skin300gm and Type as Uniaxial

• Define Ply Region by clicking on Pick
  Select all elements by drawing a selection box around the whole model.
  Click the Done button at the bottom of the viewport.
  This region must be continuous and without holes.
  Currently only elements may be selected.

• Define Seed Point by clicking on Pick
  Click on a node on the top flange midway along the beam.
  This is the point from which the draping algorithm will commence.
  The start point should lie within the ply region defined above.
  Note that differences between the illustrations in this section and your examples might
  arise depending on the exact starting point – emphasizing the need to model the draping
  process accurately.

• Define Coordinate System by clicking on Pick
  Select the coordinate system by clicking on the middle triad of the three which have been defined with the Z direction pointing downwards and the X direction along the beam axis. Note that this Z direction is normal to the surface of the top flange and points from the top flange of the female tool into space.

• Set the Reference angle at its default value of 0.0.

  This is the angle offset from the
  reference direction (i.e. the X-direction) of the selected coordinate system.

  可以使用“铺层”对话框底部的“预览”按钮来显示覆盖的织物。这也将显示展开模式。

  在本例中，其他Ply选项卡下的数据可以保留为默认值。

  Click OK to create the ply.

Cloning a Ply

对于将多个ply分配给同一区域的模型，clone ply 工具允许用户将现有层复制到可编辑的新层。对于C-beam，有三个角度为0、+45和-45°的ply。在上一节中创建了0度ply，可以通过克隆0 degree ply，然后编辑ply角度来定义剩余的ply。

operation：

• Expand the Plies object and Edit the ply object Cbeam0deg just created by right clicking on
  it
• Click on the Clone button at the bottom of the ply dialog box to create a new ply with the
  same start point and coordinate system.
• Rename this cloned ply as Cbeam45deg and change the Reference angle to 45.
• Click OK
• Repeat the above process of Editing and Cloning the Cbeam0deg ply to create a third ply
  with a name Cbeam-45deg and reference angle of –45.
• Click OK

Verifying the Draped Ply

CM选项卡底部的按钮（如下图所示）允许显示每个覆盖层。

These buttons control display of the ply elements, ply direction, ply boundary, draped pattern and flat pattern.

通过单击层对象Cbeam45deg来选择它。下图显示了该ply的所有选项。注意ply铺覆起点的标识，参考方向以蓝色突出显示，所示的光纤与束轴呈大约45°的方向延伸。The application direction highlighted in green is normal to the surface at the start point and points downwards away from the female tool;

在“显示覆盖层选择”中，有三个选项。默认覆盖层显示为“应变图”。这提供了材料剪切的视觉指示，并根据材料中设置的最大应变值进行了颜色编码。

• Blue - fibre angle is < 50% of the Max Strain Angle
• Yellow - fibre angle is 50-100% of the Max Strain Angle
• Red - fibre angle is > 50% of the Max Strain Angle

除了纤维应变的默认图外，还可以查看纤维相对于参考方向的偏差。如果材料属性选择了单轴，则“Show Deviation Weft”按钮将“灰显”且不可选择。指定了偏差公差角度（ Deviation Tolerance angle ）后（默认值为5°），云图会根据光纤相对于该值的角度显示

下图显示了典型的曲线图（材料为单轴，与参考方向呈45°的，偏差公差设置为5°）：

• Green - fibre angle is < 50% of the Deviation Tol
• Orange - fibre angle is 50-100% of the Deviation Tol
• Red - fibre angle is > 50% of the Deviation Tol

Exporting a Flat Pattern

覆盖过程中生成的平面图案可以导出到DXF文件中。在相关层上单击鼠标右键，然后选择“Export Flat Pattern.”。

Creating an Offset

复合材料制造通常在具有明确几何形状的模具上进行。然而，用于分析的壳体结构的几何结构是指壳体的中间平面；Abaqus提供了到壳体参考平面的偏移，以适应模具表面和壳体中间平面之间的差异。在这里，我们使用Composites Modeler包括了适当的偏移量。

operation：

• Create an offset by Right clicking on the Offsets object.

• Edit the name of the offset, renaming it ToolOffset

• Define Offset Region by clicking on Pick
  Select all elements by drawing a selection box around the whole model.
  Click the Done button at the bottom of the viewport.

• Define Seed Point by clicking on Pick
  Click on a node towards the centre of the web (see figure below).

• Define Coordinate System by clicking on Pick
  Select the coordinate system by clicking on the left hand triad of the three which have
  been pre-defined. Note that this coordinate system has a Z direction normal to the surface
  of the mesh where the seed point is located, pointing from the female tool into space at
  this location on the web.

• Select Offset Type as Above and leave the Offset Value as 0.
  This defines the composite shell as being above the reference surface of the mesh (i.e. the
  mould surface), with no offset between the mould surface and the bottom of the ply stack.

• Click OK

• Expand the Offsets object and click on the Offsets object ToolOffset to create the offset
  visualized below.

Creating a Layup

layup定义了将层应用于模型表面的顺序（时间顺序）,即铺覆顺序；这里我们创建指定的[0+45-45-45+45 0] layup。

operation:

• Select the Layup Object on the CM Tab by clicking on it.

• Right Click the Layup Object on the CM Tab and Edit a Layup.

• Select the Cbeam0deg ply from the list on the left by clicking on it.
  Insert this ply into the layup stack by clicking the > button.

• Repeat the procedure of selection and insertion for the remaining 5 plies in the layup,
  following the stacking sequence specified above

• Click OK to close the Layup form.

• Plies may be inserted into the middle of the stack by selecting a row number in the Layup
  stack then selecting and inserting the relevant ply.

• The < button is used to remove plies.

Saving a Layup

layup模型保存在一个layup文件中，这是一种在整个Simulayt产品系列中一致的适当文件格式，可以在多个设计、分析和制造环境中无缝传输复合模型数据。

operation:

• Right click the C-Beam object and select …Save Layup

5.2.4 Creating Section Properties

一旦创建了单个ply并定义了layup，就必须将其转换为截面属性描述，以便在Abaqus/CAE分析中使用。这是通过逐个元素创建section property定义来完成的。即使是单层，如果层覆盖在曲面上，局部纤维角度也会在整个区域内发生变化；如果这些变化超过用户定义的公差，将自动定义为其他截面。还需要额外的章节定义来说明复合规范中的差异。

NOTE: Section and CAE Layup properties will be created with regard to the selected coordinate systems in the Composite Modeler definition. This information will be mapped onto the elements and may not match the direction of the element normal, since these may not be orientated consistently.

operation：

• Right Click on the Layup Object on the CM Tab and choose Create Properties
• Edit the section Name, here we use the default CMshell, to be used as a prefix for section
  names.
• Leave the options in the rest of this dialog box at their default values.
• Click OK to generate the sections.

5.2.5 Model Verification

本节说明了Abaqus/CAE对象中用于验证模型的可视化工具；在本例中，使用了原生网格。在使用孤立网格的情况下，还可以在Abaqus Model object,内验证材质方向，示例请参见高级梁模型部分。

operation:

• Return from the Composites Modeler object to the Abaqus Model object by clicking on the
  Model Tab.
• Check the context bar has Module>Property, Model>Model-1, Part>C-beam.
• Check that the native mesh is shown by clicking the icon

Section Distribution

• Open Section > Manager from the main menu bar to check the section definitions defined by Composites Modeler.
• Select a section name and Click Edit to show the orientation of the six plies in their draped configuration (note that they differ from the nominal values due to the draping process).
• Click Cancel to return to the Section Manager and Dismiss to close the Section Manager.

To see the distribution of sections over the C-beam, associated with changes in ply angle,change the visualization window from Property defaults to Sections using the drop down list in the main toolbar (illustrated here).

下图所示的等高线图说明了Composites Modeler定义的各个section。请注意:在折弯( joggle)周围需要多个截面定义，以反映该区域中材料的方向和厚度的不断变化。

通过单击主工具栏上的调色板按钮，可以给出此等高线图的颜色编码。

Cancel the color code box

Ply Stack Plotting

“ Ply Stack Plot ”工具允许逐个元素可视化ply layup。

• Check again the context bar has Module>Property, Model>Model-1, Part>C-beam.

• the native mesh is shown by clicking the icon

• Change the visualization window back to Property defaults from Sections.
• Open Tools > Query from the main menu bar and click on Ply stack plot.

现在，单击折弯区域底部凸缘上的一个元素，以显示此时layup的stack。

The Ply Stack plot also allows simple verification of the Offsets applied.

• Click on the Ply Stack Plot Options button at the bottom of the Ply Stack Plot Viewport,

将Viewport 2置于焦点，并根据需要使用Auto fit视图将堆栈置于视图中。

• 单击“叠层打印选项”对话框中的“参照平面”选项卡。选中“显示参考曲面”和“显示参考轮廓”复选框。单击“确定”。

下图显示了接合区域底部法兰上的一个元素的层堆叠图。其中与标称纤维方向有显著偏差，参考平面也位于帘布层堆叠的底部、阴模表面的位置。（也就真实反应了铺层的铺放顺序）

• 通过单击交叉显示的红色取消程序，取消层堆栈绘图程序

  

现在，使用“窗口删除”十字键关闭“查询”和“视口2叠层打印”窗口，并最大化“视口1”窗口。

5.2.6 Output Requests

需要告诉Abaqus模型每个分析步要生成哪些结果。在本例中，我们希望在每个ply的顶部、中部和底部输出应力和应变。这可以通过Field Output Requests对象在Abaqus/CAE模型中完成。然而，CompositesModeler提供了一种更简单的方法。

• First we need to review the Field outputs requested. These have already been defined in the template Cbeam0.cae file using default request options.
• 从模型选项卡展开Field Output Requests（字段输出请求）树，然后右键单击预定义的F-Output-1字段输出请求并编辑它。应包括预定义的输出变量CF、LE、RF、S、U。请注意，在表单底部附近，“在外壳点输出”单选按钮“使用默认值”被单击。取消此窗口。
• 要包含新输出，请使用CM选项卡切换到Composites Modeler。右键单击Model对象并选择Add Output Request。单击“输出字段F-Output-1”，并选中“顶部”、“中间”和“底部”的“请求”框。现在单击OK添加这些输出请求
• 使用模型选项卡返回模型对象，并如上所述编辑F-Output-1条目。

注意，在Edit Field Output请求表单的底部，在位置1,2,3…处指定了外壳点处的Output…。这表示要求输出的截面厚度的位置。取消“编辑字段输出请求”表单以返回“模型树”。

历史输出请求已经在模板Cbeam0.cae文件中定义，在本示例中保持不变。

5.2.7 Constraints and Loading

约束、边界条件和加载已包含在模板Cbeam0.cae文件中.对整个梁的一半进行建模。对称边界条件已应用于梁的中跨和腹板表面，以模拟连接在一起的两个C梁。C型梁承受均匀施加在腹板长度上的50kN分布荷载，并由螺栓支撑（由于对称性，仅对其中一个进行了建模）。

荷载和约束的详细信息如下图所示(produced using the Loads viewport in the Module>Step, Model>Model-1, Step>Linear_Static module)

5.2.8 Analysis

abaqus/CAE对分析的要求已在模板文件Cbeam0.CAE中预定义，包括线性分析步的定义和作业定义。

submit job 即可进行分析。

Note ： the files Cbeam1.cae and Cbeam1.Layup include a description of the model generated in the above sections. To undertake only analysis and results visualization it is possible to open Cbeam1.cae and follow the instructions in this and subsequent sections.

5.2.9 Results Visualization

Abaqus/CAE提供了一系列选项来可视化结果。这里我们举例说明几个。更多的详情见Abaqus文件。

job 计算结束后，打开相应的odb文件。

5.3 Advanced Beam Model

说明了Composites Modeler的advanced功能，包括实体建模和高级叠层模型的附加部分。看这节不用看前一节都行。

　从这里开始，就不按照翻译软件来翻译了，会更加口语化。

5.3.1 Continuum Shell and Solid Composite Modeling

上一节的实例，用shell 单元来模拟composite layup.虽然shell model已经能满足很多模拟问题的要求。但某些情况下，比如需要精确模拟layup厚度、或者layup涉及接触问题，需要精确的out-plane 应力应变时，采用solid单元显然比shell model 更加合适。

Composite modeler 也提供了continuum shell和solid 的单元选择，从而适应上述问题。continuuum shell element是实体单元离散，但仍然基于壳理论计算。solid element 能在layup厚度方向上进行explicit modeling (原文如此，我没想到怎么翻译更好)，在这一节，会说明solid composite layup 的用法，continuum shell 也类似。

在abaqus/cae user manual 的section 12.12有关于continuum shell 和solid 的详细说明。

solid composite layup 中的solid element 必须是六面体单元（原文：3D brick element）;因此，面网格 需要用mesh control 为完全的四边形单元（quad element），然后composite modeler 拉伸为hex单元。

这节的example 来自上一节。

启动ABAQUS,设置好工作目录，打开Cbeam1EF.cae文件。切换到属性模块，Part为C-beam.

启动Composite modeler 插件，切换到CM Tab,右键单击C-beam——>open layup，打开Cbeam1.layup文件

creating a solid model

右键单击Layup 对象，选择Create Solid Model选项。名字使用默认的，切换到 Properties Tab,Section Type改为Solid。其他设置默认.点击OK。

此时，切换回模型树，可以看到新生成了一个Part:CMSolid.这是一个orphan mesh part，材料属性已经赋予完毕。新生成了很多坐标系（黄色的）.

Verifying Material Orientations

一种方法是可以用查询工具下的Material Orientations。来查看材料局部坐标。（这个方法只能查看Orphan mesh的材料坐标）

另一种方法是在Composite Modeler中查看。

可以打开如下的表单：

选中表单其中一项，可以在网格上显示单元纤维方向（橙色）。这样方便和定义的经线（warp），纬线（weft）方向对比,warp 和weft的颜色分别为蓝色、红色。

Revising the Abaqus Model

现在已经创建了一个具有截面属性的实体模型，需要将其合并到Abaqus分析中。在这里，将通过修改现有的shell模型。

首先，删掉现有的shell model instance(在模型树中删掉相应的C-beam实例)。重新create一个instance，引用CMSolid Part.

其次要修改材料.在shell model中，定义的是2D orthotropic lamina 材料属性。对于实体单元分析，需要定义3D 材料属性。（注意，如果是continuum shell model ,那lamina 属性也是合适的）。具体操作为：把elastic Type 改成工程常数，输入以下数据：

接下来，还要修改Loads.修改 Distribution_Edge_50kN_total：将该加载的作用区域region修改为以下区域：

将load vector改为：first point=(0 0 0),end point=(0 -1 0)
点击OK。

修改边界条件，修改 FIX_BOLT BC ：把作用区域region 改为下图。螺栓固定在梁的右侧。在这个例子中，采用固定小方形区域在梁的末端的方式。

修改X_SYM：同样的，把作用区域改为下图.SYM_Z 同理。

Running the Job

新建一个job，命名为C-beam-model1 ，提交计算。

Viewing Results

进入可视化模块，打开Field Output对话框中，选择S33输出，截面积分点选择： Active locations——>Envelope——>Max Value.点击OK.

得到的应力图如下。虽然应力总体较低，但沿底部法兰的应力较高。在自由边缘附近显示了较高应力，模型右侧的锚杆支撑可能没有准确建模，这部分可能需要更详细的3D复合分析。

Ply Reinforcement

在这节中，讨论一个更advance的c型梁模型。下图是几个不同的铺覆区域定义。

这里使用的材料和simplified model 一样，但铺层更加复杂：

Load up the Examples Model

首先，打开示例模型和layup文件，运行分析。打开Cbeam2.cae文件，启动Composite modeler，给C-Beam Part 右键选择Open Layup，选择Cbeam2.Layup。提交作业：C-beam-model1，计算。

Examine the Layup

要查看铺层的情况，如纤维方向，flat pattern。可以用Composite Modeler和ABAQUS/CAE的显示工具。前者是基于ply-model的，后者是基于zone-model的

切换到属性模块，显示C-beam。打开显示网格，启动Composite modeler 插件，左侧打开到CM Tab.选中ply中的Cbeam_A_45，视图区就会显示该ply的情况（区域，方向等）。

下图是CBEAM_C_PATCH_LOCAL_45的细节。 CM tab底部的一系列按钮可以显示或隐藏ply的相关信息，鼠标放在上面不动，有提示,

The layup defines the order (chronological sequence) in which plies will be applied on to the surface of the model.

右键单击Layup对象，选择Edit,可以进入编辑layup的界面。使用>和<按钮可以向layup中添加或移除预定义Ply。

另一种，查看layup情况的方法是在ABAQUS/CAE中。切换回Model tab,同样切换到属性模块，显示C-beam。打开显示网格。在section manager中可以看到所有的sections，双击其中一个，在edit 界面，高亮其中一个，视图区会显示出单元的方向。

单击“取消”返回“section管理器”，单击“解散”关闭“section管理器”。

要查看C梁上的截面分布(与铺层角度的变化相关)，使用主工具栏中的下拉列表将可视化窗口从Property defaults更改为Sections（如图所示）。

下面显示的等高线图说明了Composites Modeler定义的各个部分。注意在 joggle 周围需要几个截面的定义，以反映该区域材料的方向和厚度的不断变化。

使用查询下的ply stack plot工具可以查看单元的ply 铺覆情况

此外也可以查看单元的厚度变化：场输出请求中输出STH变量，在后处理中就可以观察结构各处的厚度变化。

注意：并不是所有的shell element都支持STH变量。abaqus/standard中,3D shell有3钟formulation：general-purpose、thin-only、thick-only ,一个区别是，general-purpose shell 可以模拟shell 在厚度的变化，而其他的shell element 都假定厚度不变 详情点击此链接

Results Visualization

envelope calculator可以显示单元厚度上的所有积分点中的最大的变量值。

点击Result——>Field Output, 显示E11的云图。点击Section Points——>Active locations——>Envelope——>Max Value——>OK.得到的应变图如下。注意reinfoecement patchs是如何减少joggle区域的应变的。

为了进一步研究应变场，我们可以逐层绘制应变图.点击Result——>Section Points,selection method 改成Plies.点击0度ply 1011_CBEAM_A_0_1，点击OK。下图显示了结果图，即E11在该ply中的变化