ANSYS命令流学习笔记15-圆柱形shell单元的复合材料分析

! ANSYS命令流学习笔记15-圆柱形shell单元的复合材料分析

!学习重点：

!1、熟悉单元坐标系下的铺层

当零件形状为规则圆筒时，如何进行铺层？建立局部的柱坐标系，将需要铺层单元坐标设置为局部坐标系，进行铺层即可。

譬如圆筒铺层的单元坐标系要建立局部圆柱坐标系。如果还使用笛卡尔坐标系，铺层也能进行，但是铺层方向有很大不同，求解结果也会异常。所以划分网格时，确认单元坐标系选择，划分网格之后，检查单元坐标系情况。确认铺层方向符合预期要求。

本例中要特别注意横向（即Y向）是否符合要求。

!2、熟悉圆面的建模和局部坐标系建立

不解释

!3、熟悉利用MPC施加扭矩

APDL如何对一个圆周施加扭矩？在圆心处建立一个节点，然后用MPC单元连接圆心节点和圆周节点，然后在圆心节点上施加一个扭矩即可。

注意将MPC单元的属性改为刚性梁。

注意这里MPC单元的利用，也是自己的一些理解。很多细节也不知道如何在APDL实现。

!问题描述

! 传动轴长度为1m，壁厚0.003m，直径0.08m，铺层共十层，角度为-45/45/-45/45/-45/45/-45/45/-45/45。一端固定，一端圆周施加扭矩M=2000N·m。

复合材料为横向正交各向异性Ex，Ey，Ez，Vxy，Vyz，Vxz，Gxy，Gyz，Gxz分别为195e9Pa, 35e9Pa, 35e9Pa,0.28, 0.3, 0.3, 15e9Pa, 3.78e9Pa, 15e9Pa。

应力失效参数：+X:767E6Pa; -X:392E6Pa; +Y:20E6Pa; -Y:70E6Pa; +Z:30E6Pa;

-Z:55E6Pa; Sxy: 41E6Pa; Syz: 30E6Pa; Sxz: 41E6Pa。

应变失效参数：+X:0.05; -X:0.045; +Y:0.08; -Y:0.06; +Z:0.04; -Z:0.045; Sxy: 0.035; Syz: 0.042; Sxz:0.025。

!APDL命令：

finish

/clear

/title, composite shaft

/prep7

et,1,shell181 !选择单元181

keyopt,1,8,1 !保存每一层的数据

et,2,184

keyopt,2,1,1 !定义MPC184单元，利用其施加扭矩。将其属性定义为刚性梁

mptemp,1,0

mpdata,ex,1,,195e9

mpdata,ey,1,,35e9

mpdata,ez,1,,35e9

mpdata,prxy,1,,0.28

mpdata,pryz,1,,0.3

mpdata,prxz,1,,0.3

mpdata,gxy,1,,15e9

mpdata,gyz,1,,3.78e9

mpdata,gxz,1,,15e9 !定义各向同性材料

fc,1,s,xten,767e6

fc,1,s,yten,20e6

fc,1,s,zten,30e6

fc,1,s,xcmp,-392e6

fc,1,s,ycmp,-70e6

fc,1,s,zcmp,-55e6

fc,1,s,xy,41e6

fc,1,s,yz,30e6

fc,1,s,xz,41e6 !定义应力失效准则

fc,1,epel,xten,0.05

fc,1,epel,yten,0.08

fc,1,epel,zten,0.04

fc,1,epel,xcmp,-0.045

fc,1,epel,ycmp,-0.06

fc,1,epel,zcmp,-0.045

fc,1,epel,xy,0.035

fc,1,epel,yz,0.042

fc,1,epel,xz,0.025 !定义应变失效准则

!用到Tasi-Wu失效准则还需定义应力耦合系数，默认为-1，-1，-1。实际值需要通过双轴试验测定，较难得到。

sectype,1,shell,, !sectype, secID,type,subtype,name,refinekey,定义截面类型

secdata, 3e-4,1,-45,3 !积分点为3个

secdata, 3e-4,1,45,3

secdata, 3e-4,1,-45,3

secdata, 3e-4,1,45,3

secdata, 3e-4,1,-45,3

secdata, 3e-4,1,45,3

secdata, 3e-4,1,-45,3

secdata, 3e-4,1,45,3

secdata, 3e-4,1,-45,3

secdata, 3e-4,1,45,3 !定义铺层

secplot,1 !查看ID为1的section

n,1,0,0,1 !建立一个node，为MPC做准备

cylind,0.04, ,0,1,0,360 !在坐标原点，创建一个圆柱体

vdele,all, , ,0

asel,s,loc,z,0,1

asel,u,loc,z,0.5

adele,all, , ,1

allsel !通过加减乘除，得到最终的面

local,11,1,0,0,0 !定义局部圆柱坐标系，原点000，ID=11

type, 1

mat, 1

esys, 11

secnum, 1

esize,0.007

amesh,all !网格划分属性设置，主要选择单元坐标系。