ANSYS復合材料分析技術介紹

2016-12-12  by:CAE仿真在線  來源:互聯網

復合材料,是由兩種或多種性質不同的材料組成。主要組分是增強材料和基體材料。復合材料層合結構的設計,就是對鋪層層數、鋪層厚度及鋪層角的設計。采用傳統的等代設計(等剛度、等強度)、準網絡設計等設計方法,復合材料的優異性能難以充分發揮。

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

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

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。

板殼層合結構鋪層切斷及不同鋪層殼的節點偏置對齊

不同鋪層數的板殼節點協調:ANSYS板殼層單元的節點均可偏置到任意位置,使不同鋪層數板殼的節點在中面或頂面、底面對齊。

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

夾層結構模擬

板-梁-實體組合結構:ANSYS將實體、板殼與梁等不同類型單元通過MPC技術相聯系,單元的節點不需要重合并協調,便于復雜結構模型的處理。

ANSYS層單元支持各種靜強度剛度、非線性、穩定性、疲勞斷裂和振動特性等結構分析。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果。

復合材料的位移及單層應力云圖

ANSYS已經預定義了三種復合材料破壞準則來評價復合材料結構安全性,包括最大應變/應力失效準則,蔡-吳(Tsai-Wu)準則。每種強度準則均可定義與溫度相關以考慮溫度影響。另外,用戶也可自定義最多達六種的失效準則,對特殊復合材料進行失效判斷。

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

另外ANSYS有專用的復合材料前后處理模塊ANSYS CompositePrepPost(ACP),它集成于ANSYSWorkbench環境下,可以與ANSYS其它模塊實現數據的無縫連接。在workbench中畫好網格然后自動導入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果的后處理,也可以將結果文件導入經典界面進行后處理。

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