ANSYS復(fù)合材料分析技術(shù)介紹

2016-12-12 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

復(fù)合材料,是由兩種或多種性質(zhì)不同的材料組成。主要組分是增強材料和基體材料。復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)的設(shè)計,就是對鋪層層數(shù)、鋪層厚度及鋪層角的設(shè)計。采用傳統(tǒng)的等代設(shè)計(等剛度、等強度)、準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計等設(shè)計方法,復(fù)合材料的優(yōu)異性能難以充分發(fā)揮。

針對復(fù)合材料層合板、梁、實體以及加筋板等結(jié)構(gòu)類型,ANSYS提供一種特殊的復(fù)合材料單元——層單元,以模擬各種復(fù)合材料,鋪層數(shù)可達250層以上。支持非線性、振動特性、熱應(yīng)力、疲勞斷裂等各種結(jié)構(gòu)和熱的分析功能和算法。

鋪層結(jié)構(gòu):ANSYS對每一鋪層定義材料性質(zhì)、鋪層角、鋪層厚度,通過由下到上的順序逐層疊加為復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)。另外,也可以通過直接輸入材料本構(gòu)矩陣來定義復(fù)合材料性質(zhì)。

板殼和梁單元截面形狀:利用截面形狀工具可定義矩形、I型、槽型等各種形式。ANSYS還可以定義各種函數(shù)曲線以模擬變厚度截面。

變厚度板鋪層切斷:將切斷的某鋪層厚度定義為零,即可模擬鋪層切斷前后的板殼實際形狀,如圖所示。

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板殼層合結(jié)構(gòu)鋪層切斷及不同鋪層殼的節(jié)點偏置對齊

不同鋪層數(shù)的板殼節(jié)點協(xié)調(diào):ANSYS板殼層單元的節(jié)點均可偏置到任意位置,使不同鋪層數(shù)板殼的節(jié)點在中面或頂面、底面對齊。

蜂窩/泡沫夾層結(jié)構(gòu):ANSYS通過板殼層單元來模擬夾層結(jié)構(gòu)的特性,夾層面板和芯子可以是不同材料。

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夾層結(jié)構(gòu)模擬

板-梁-實體組合結(jié)構(gòu):ANSYS將實體、板殼與梁等不同類型單元通過MPC技術(shù)相聯(lián)系,單元的節(jié)點不需要重合并協(xié)調(diào),便于復(fù)雜結(jié)構(gòu)模型的處理。

ANSYS層單元支持各種靜強度剛度、非線性、穩(wěn)定性、疲勞斷裂和振動特性等結(jié)構(gòu)分析。完成分析后,可以圖形顯示或輸出每個鋪層及層間的分析結(jié)果。

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復(fù)合材料的位移及單層應(yīng)力云圖

ANSYS已經(jīng)預(yù)定義了三種復(fù)合材料破壞準(zhǔn)則來評價復(fù)合材料結(jié)構(gòu)安全性,包括最大應(yīng)變/應(yīng)力失效準(zhǔn)則,蔡-吳(Tsai-Wu)準(zhǔn)則。每種強度準(zhǔn)則均可定義與溫度相關(guān)以考慮溫度影響。另外,用戶也可自定義最多達六種的失效準(zhǔn)則,對特殊復(fù)合材料進行失效判斷。

復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)的各向異性和鋪層方向的不對稱造成的耦合效應(yīng),使復(fù)合材料結(jié)構(gòu)即使均勻升溫也會在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力。ANSYS的結(jié)構(gòu)-熱耦合分析,可以對復(fù)合材料在熱環(huán)境下的熱膨脹應(yīng)力和結(jié)構(gòu)固化成形過程中100℃~200℃的溫差而引起的結(jié)構(gòu)固化變形和殘余應(yīng)力進行分析。ANSYS程序中的材料性質(zhì)、強度準(zhǔn)則均可以定義為隨溫度變化,以此來引入溫度變化對結(jié)構(gòu)物理性能的影響。

另外ANSYS有專用的復(fù)合材料前后處理模塊ANSYS CompositePrepPost(ACP),它集成于ANSYSWorkbench環(huán)境下,可以與ANSYS其它模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無縫連接。在workbench中畫好網(wǎng)格然后自動導(dǎo)入ACP界面,進行材料屬性,鋪層角度,纖維方向角等定義好之后,提交給Mechanical進行計算。在ACP界面中還可以方便的進行各種結(jié)果的后處理,也可以將結(jié)果文件導(dǎo)入經(jīng)典界面進行后處理。

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