ANSYS ACP复合材料案例详解-1
基于ANSYS ACP的风电机组复合材料机舱罩轻量化设计
收稿日期:2019-09-08 基金项目:国家自然科学基金(51975066);中央高校基本科研业务(106112015CDJXY110006) 作者简介:杜静(1964 -),女,教授,博士,主要从事风力发电方面的研究工作。
第43卷 第3期 2021-03 【105】
式中:[Cij]为刚度矩阵,i,j=1,2,…,6。 假设单层板主轴位于xy平面内,并受到轴向内力, 则上式可以简化为:
目前国内对于复合材料机舱罩的研究多为对现 有设计进行校核,邓树斌等对机舱罩的稳定性进行了 分析[4];宋加佳等利用ABAQUS软件构建了一种基于 ABAQUS的兆瓦级风电机组机舱罩非线性有限元分析仿 真方法[5];李超等从经典层合板理论出发,利用ANSYS 对某兆瓦级风力发电机机舱罩的极限强度进行了计算分
加强筋壁厚/m
12
6
7.5
0.01
0.015
【106】 第43卷 第3期 2021-03
机舱罩为大型壳体结构,采用2D单元进行建模, Ansys中SHELL181是一种具有线性位移特性的有限应 变壳单元,每个单元由4个6自由度节点定义,该单元适 用于复合材料壳体结构分析,且具有良好的收敛性[12]。 CONTACT174与TARGET170单元适用于模拟柔性体-柔 性体之间、刚性体-柔性体的接触,因此用来定义不同 罩体之间、罩体与钢结构之间的接触对,接触状态均设 为绑定接触(bonded always)[13,14]。机舱罩模型如图3 所示。
表3 机舱罩铺层细节
铺层位置 铺层材料顺序 层数 厚度 铺层方向
短切毡300
1
0.4
0/90°
机舱罩
多轴向缝编毡 1250
2
2.4
0/90°
基于ACP的碳纤维复合材料气瓶渐进损伤与爆破压力预测
基于ACP的碳纤维复合材料气瓶渐进损伤与爆破压力预测窦丹阳郑传祥林娇陈建阳(浙江大学化工机械研究所)摘要碳纤维复合材料气瓶失效与爆破压力预测技术呈现出越来越多样化的趋势°基于ANSYS ACP 建立了T800碳纤维复合材料气瓶理论模型,采用Camanho P P提出的刚度退化方案,对2.4L复合材料气瓶进行了渐进失效和爆破压力的预测,详细阐述了模型的构建和结构损伤,重点分析了含基体开裂、纤维断裂和内胆破裂缺陷下不同缠绕层的气瓶应力分布和损伤过程。
最后通过水压爆破试验得到实验结果,该结果与理论值吻合较好。
关键词复合材料气瓶碳纤维ANSYS ACP渐进失效中图分类号TQ050.4+3文献标识码A文章编号0254-6094(2020)05-0631-08复合材料碳纤维增强气瓶有许多优点,被广泛应用在航空航天、化学工程、车辆工业及生物工程等领域[1]%现今,复合材料气瓶技术发展呈现出越来越多样化的趋势,这也和我国经济快速增长的国情密切相关。
随着人口总量和工业生产的不断增长,能源供需短缺和环境保护问题亟需改善。
碳纤维复合材料气瓶是国家“十三五”规划部署在新材料领域的项目,其科学研究领域众多。
复合材料气瓶爆破失效主要是由纤维失效引起的连锁反应,在出现初次失效点后,失效处纤维刚度软化,应力在其他纤维层重新分配,致使新的纤维层发生失效,直到结构失效。
因此,气瓶的极限强度是衡量一个气瓶质量优劣的重要指标。
但由于各项异性的材料的复杂力学特性,至今还不能用完全准确的方法预测%陈营利用APDL对复合材料气瓶自紧和残余预应力影响进行了探究[2]%Wu Q G等利用Hashin 失效准则模拟气瓶渐进失效,发现自紧力对气瓶平均应力有显著影响[3]%施建伟利用ABAQUS基于连续介质损伤力学模型对复合材料层合板失效过程力学变化进行了分析⑷。
王宗鑫和赵建平利用ABAQUS研究处于不同工况的气瓶等效塑性应变值,得出承载的压力小于自紧力时该值相等的结论[5]。
ANSYS ACP复合材料案例详解-1
ANSYS ACP复合材料案例详解-1该算例为简单层合板分析,描述了从几何模型到后处理的基本操作流程。
1.前处理部分1〉打开ANSYS Workbench,直接拖拽ACP(Pre)到工作界面:2〉双击打开Engineering Data,分别创建单向纤维增强复合材料UD_T700与中心层材料Corecell_A550,详细定义如下:3〉返回Project,打开DesignModeler界面,设置单位制:4〉创建草图:5〉生成surface:6〉双击Model,打开Mechanical界面,设置厚度(此处厚度设置与铺层厚度无关):7〉网格设置,生成网格:8〉更新流程:9〉双击或者右键-Edit打开ACP,可以看到,Engineering Data中的材料已经自动导入ACP:10〉注意单位设置,另外,ACP操作的每一步都需点击update图标才能更新:11〉创建层板与厚度(Fabrics):12〉创建Stackups:13〉创建子层合板Sub Laminate:14〉创建铺层参考方向Rosetts:15〉定义Oriented Selection Sets,Point选择几何上的任一点即可,带[]部分,点击[],再点击左侧相关项,即可自动导入;其中三Resetts代表的是铺层材料的0°方向,16〉查看参考方向,铺层零度方向,以及法向等可点击工具栏图标,如下:17〉右键点击Modeling Groups,创建三个层组,命名如下:18〉在sandwich_bottom下进行第一个层设置,命名为bottom_1,如下:19〉在sandwich_core下进行第二个层设置,命名为core_2,如下:20〉在sandwich_top下进行第三个层设置,命名为top_3,如下:21〉更新,层定义应该如下图所示:22〉返回workbench主界面,更新ACP流程:拖拽Static Structural流程到界面,将ACP的A5连接到Static Structural的B4,选择传递壳数据,连接好的流程见下图:23〉更新结构分析流程,双击打开Mechanical界面,四条边固定支撑,面上施加0.1Mpa压力,边界条件设置如图:2.求解,点击Solve直接求解3.后处理1〉拖拽ACP(Post)流程到ACP(Pre)上,连接效果如下:2〉将Static Structural的结果Solution与ACP后处理的Results部分连接,求解结果文件将被读入到后处理模块,如图:3〉更新流程,保证静态分析与ACP前处理流程上都是绿色对勾标志,刷新ACP后处理的Results部分:4〉双击打开ACP(Post),在Solution分支下查看变形结果,设置如下:5〉变形结果云图:6〉接下来,配置组合失效准则,创建复合材料结构的失效结果图,两种材料的强度极限最初在Engineer Data中已经定义好。
Ansys复合材料结构分析操作指导书
Ansys复合材料结构分析操作指导书Any10.0复合材料结构第一章概述复合材料是两种或两种以上物理或化学性质不同的材料复合在一起而形成的一种多相固体材料,具有很高的比刚度和比强度(刚度和强度与密度的比值),因而应用相当广泛,其应用即涉及航空、航天等高科技领域,也包括游艇、风电叶片等诸多民用领域。
由于复合材料结构复杂,材料性质特殊,对其结构进行分析需要借助数值模拟的方法,众多数值模拟软件中Any是个不错的选择。
1、有限元分析方法应用简介有限元法(FiniteElementMethod,简称FEM)是建立在严格数学分析理论上的一种数值分析方法。
该方法的基本思想是离散化模型,将求解目标离散成有限个单元(Element),并在每个单元上指定有限个节点(Node),单元通过节点相连构成整个有限元模型,用该模型代替实际结构进行结构分析。
在对结构离散后,要求解的基本未知量就转变为各个节点位移(Any中称之为DOF(DegreeOfFreedom),试想一下,节点的位移包括沿某,y,z轴的平动和转动,也就是节点的自由度),节点位移通过求解一系列代数方程组得到,在求得节点位移后,利用节点位移和应力、应变之间的关系矩阵就可以求出各个节点上的应力、应变,应用线性插值便可以获得单元内任意位置的位移、应力、应变等信息。
2、Any软件的发展近况Any软件目前已发展到AnyV12版本,从V10开始Any加入了一个新的工作环境Workbench,原先的Any被称为Any(claic),虽然操作界面不同,但两者的求解器是一样的。
Any(claic)的前处理功能相对较弱(主要是建模方面),因而往往需要借助第三方软件,如CAD软件。
也许是迫于另一个有限元分析软件ABQUS的竞争压力,Any推出了新的Workbench工作环境,Workbench在建模、划分网格、求解和后处理上都作了改进,尤其在建模和划分网格方面有了巨大进步,建模方面与传统CAD软件一样采用图形界面,极大地提高了图形的可视性,划分网格采用了AnyICEMCFD 的功能,使划分的网格更加易控,最重要的是免去了从第三方软件导入模型、网格过程中可能存在的各种问题,实现了真正的“无缝”连接。
ANSYS ACP复合材料前后处理软件
ANSYS Composite PrepPost Modeling Composites the Simple Way安世亚太科技股份有限公司演讲人:刘程伟复合材料简介ANSYS复合材料分析技术 ACP介绍ACP特色功能ACP新功能复合材料简介ANSYS复合材料分析技术 ACP介绍ACP特色功能ACP新功能•复合材料(Composite materials),是由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的方法,在宏观上组成具有新性能的材料。
•各种材料在性能上取长补短复合材料的分类A.颗粒增强复合材料B.纤维增强复合材料•短纤维增强•长纤维增强复合材料薄片- 由基体和增强体组成的单层结构。
材料属性采用等效的方式。
基体- 一般采用各向同性材料,起到包裹增强体的作用。
纤维增强体- 被基体材料包裹,是复合材料各向异性力学行为的主要原因。
LT叠层组合- 多组复合材料薄片组成,纤维的方向一般不同应用领域•航空航天•风能•运动和娱乐•建筑行业•汽车行业•船舶行业•国防领域•……目录复合材料简介ANSYS复合材料分析技术 ACP介绍ACP特色功能ACP新功能ANSYS 复合材料分析技术•复合材料单元:•Mechanical APDL包含多种复合单元•不同截面属性的3D 梁单元–BEAM188, BEAM189, ELBOW290 elements•2D 轴对称壳单元–SHELL208, SHELL209 elements•3D 铺层壳单元–SHELL181, SHELL281 elements (SHELL131 and SHELL132 are thermal shells)•3D 铺层实体单元–SOLID185, SOLID186, SOLSH190,SOLID278,SOLID279 elementsANSYS 复合材料分析技术•厚度方向仅采用一个单元,模拟复合材料的铺层力学性能–不需要单独的对每层划分网格•可以采用多种失效准则,对复合材料的强度进行评估–最大应变准则–最大应力准则–Tsai-Wu 准则–用户自定义准则•更多的内容参看ANSYS–“Mechanical APDL (formerly ANSYS) > Structural Analysis Guide > Ch. 13 Composites”–“Mechanical APDL (formerly ANSYS) > Structural Analysis Guide > Ch. 16 Beam Analysis and Cross Sections”–“Mechanical APDL (formerly ANSYS) > Structural Analysis Guide > Ch. 17 Shell Analysis and Cross Sections”ET,1,SHELL181! LAYERS PROPERTIESSECTYPE,1,SHELL,,MON_STRATIFIE SECDATA,0.025,1, 0SECDATA,0.500,1, 45SECDATA,0.500,1, -45 SECDATA,0.025,1, 0! ORTHOTROPIC MATERIAL PROPERTIES MP,EX,1,25E6MP,EY,1,1E6MP,EZ,1,1E6MP,GXY,1,5E5MP,GYZ,1,2E5MP,GXZ,1,5E5MP,PRXY,1,0.25MP,PRYZ,1,0.01 SECPLOT,1 (or LAYPLOT command)/PSYMB,ESYS,1THETA = Angle (in degrees) withrespect to element coordinatesystem (ESYS)/ESHAPE,1/EFACET,2EPLOTANSYS 复合材料分析技术目录复合材料简介ANSYS复合材料分析技术 ACP介绍ACP特色功能ACP新功能ANSYS Composite PrepPost介绍ANSYS ACP的主要功能•创建各种形式的复合材料模型•定义复合材料的铺层设置•定义复合材料的纤维方向•对复合材料结构进行评估•评估每层的应力情况•计算复合材料的失效ANSYS ACP分析流程建立几何模型施加边界条件ACP复合材料前处理:铺层信息定义(每层材料属性、厚度、铺层方向角等)ANSYS求解ACP后处理为复合材料加工制作提供必要数据ACP与ANSYS数据传递ANSYS WorkbenchSOLVER定义几何以及边界条件定义铺层信息Write an acp.cdbFileRead the acp.cdbFileImport the results (rstfiles) for postprocessingWrite a *.cdb file withdefined lay-upsLaunch solver其他方式后处理ANSYS Mechanical APDL前处理后处理求解定义材料属性•材料属性的定义同样在ANSYS材料库中进行•定义材料属性的过程中需要考虑纤维的影响•必须的材料属性设置•x, y, z三个方向的杨氏模型•xy, yz, xz三个方向的剪切模量•xy, yz, xz三个方向的泊松比1, x 2, y3, z•失效准则需要定义应力极限值和应变极限值•应力极限值和应变极限值在拉伸和压缩方向一般是不同的应力极限应变极限拉伸X, Y 和 Z 拉伸X, Y 和 Z压缩X, Y 和 Z 压缩X, Y 和 Z剪切XY, YZ 和 XZ 剪切XY, YZ 和 XZ定义材料属性•网格划分过程与普通静力学通用•Mesh中所有的尺寸和选项控制都可以使用•复合材料的建模分析,以面体的网格为起点•ACP同样能够进行实体复合材料的分析•单元集通过Named Selections进行定义•基于Named Selections定义复合材料的铺层•更改几何模型时候需要检查Named Selections的定义单元集Named SelectionsANSYS Composite PrepPost 分析过程•开始复合材料的分析ANSYS Composite PrepPost 界面标准视图模式和视图设置模型树后处理显示设置铺层设置•复合材料铺层设置•采用的纤维层(fabric)•确定需要铺层的位置•铺层的参考方向•增强纤维的方向Static Structural 分析求解ACP (Post) 后处理•失效准则•Max. Strain & Max. Stress •Tsai-Wu•Tsai-Hill•Hashin•Puck•LaRC•Cuntze•Face Sheet Wrinkling•Core Failure•可以在后处理中查看•失效准则•失效模式•关键层•临界载荷步s2t(5) s2t(5)s2t(5)s2t(5)ACP基本功能总结•完全集成于WorkBench平台•直观的创建复合材料铺层•依据制造的过程创建模型•简单高效的修改铺层设置•包含目前通用的失效准则•高效的后处理过程目录复合材料简介ANSYS复合材料分析技术 ACP介绍ACP特色功能ACP新功能Oriented Element Sets利用“方向化单元集”来定义复杂的铺层方向(OES :Oriented Element Sets) the OES normal the OES reference direction the ply angle直观的铺层定义(Build the laminate lay-up)铺层材料铺层方向角铺层数量查看铺层截面,确认铺层正确无误提供复合材料“Draping”功能Draping coefficients提供多种失效模式定义复合材料失效通常有以下两种:●层间失效(由于剪切或拉伸力作用引起)●层内的纤维或基体破坏失效failure patternout-of-phase micro buckling in-phasemicro bucklingshear failurefiber tensionfiber compression fiber ruptureεm > εfmatrix failureεf > εmtransverse crack interfacial failureshear failure with fiber rupture shear w/o fiber rupturematrix tension matrix compressionACP 强大的后处理功能 Agarwal/Broutman (1990) Agarwal/Broutman (1990) delaminationmatrix crack fiber rupturedebondingmicro-buckling / shear failure实体模型•复合材料模型通常是薄壳类结构•壳体厚度方向应力为零实体模型•壳体厚度方向应力不为零•厚度方向应力产生的效果与垂直于纤维方向应力效果相同,很小的应力会造成复合材料的失效•以下情况建议采用实体复合材料模型•多层复合材料•大变形•厚度方向存在载荷•实体模型的分析流程•实体复合材料模型创建过程类似于制造过程。
ANSYS_ACP_Tutorial_ex1复合材料分析官方实例
ACP Tutorial
Define a unidirectional material in ANSYS Workbench Engineering Data with the following properties:
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© 2013 ANSYS, Inc.
ANSYS, Inc. Proprietary
ACP Tutorial
• Return to ANSYS Project Schematic.
– Update the ACP (Pre) Setup. – Refresh the Section Data. – Update the whole project
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•
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Updating directly the whole project is also possible.
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ACP Tutorial
• Add the ACP (Pre) component to the existing analysis.
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ACP Tutorial
1. Configure the first ply:
1 2 : select in the tree 3: select ply from the list 4: Angle 0° (default) 5
2. 3.
Define a second ply in the “Sandwich_Core” Ply Group with the Fabric Core and a Ply angle of 0°. Define a third ply in the “Sandwich_Top” Ply Group with the Fabric Carbon T700_UD and a Ply angle of 90°. Set Number of Layers to 3.
Ansys在复合材料结构优化设计中的应用_图文(精)
A一13玻璃钢学会第十六届玻璃钢/复合材料学术年会论文集2006年Amys在复合材料结构优化设计中的应用覃海艺,邓京兰(武汉理工大学材料科学与工程学院,武汉430070摘要:优化设计方法在复合材料结构设计中起着十分重要的作用。
本文详细介绍了Ansys两种优化设计方法.目标函数最优设计和拓扑优化设计的过程,并运用目标函数最优设计方法对复合材料夹层结构进行了最优结构层合设计和运用拓扑优化设计方'法对玻璃钢圆凳进行了最佳形状设计。
结果证明Ansys优化设计方法在复合材料结构设计中的有效性。
关键词:Ansys;优化设计方法;目标函数最优设计;拓扑优化设计;复合材料l前言复合材料是由两种或多种性质不同的材料组成,具有比强度、比刚度高、耐疲劳性能好及材料与性能可设计强等特点,广泛应用于汽车、建筑、航空、卫生等领域。
复合材料通过各相组分性能的互补和关联获得优异的性能,因此复合材料各组分之间及材料整体结构的合理布置,充分发挥复合材料的性能已成为设计的关键所在…。
Ansys软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。
优化设计是一种寻找确定最优设计方案的技术,Ansys强大的优化设计功能已广泛地应用于复合材料制品的结构设计心J。
2Ansys中的优化设计方法【3娟j2.1目标函数最优设计“最优设计”是指满足所有的设计要求,而且所需(如重量、面积、体积、应力、费用等的方案最小,即目标函数值最小。
也就是说,最优设计方案是一个最有效率的方案。
在Ansys中设计方案的任何方面都是可以优化的,如尺寸(如厚度、形状(如过渡圆角的大小、支撑位置、制造费用、自然频率、材料特性等。
实际上,所有可以参数化的Ansys选项都可以作优化设计。
目标函数最优设计是通过改变设计变量(自变量的数值,使状态变量(设计变量的函数,因变量在满足一定条件时,目标函数(因设计变量的改变而有所改变的值最小。
目标函数最优设计的一般步骤为①生成循环所用的分析文件,该文件须包括整个分析的过程,并满足以下条件:参数化建立模型(PREIy7,对模型进行初次求解(SOLUTION,对初次求解的结果提取并指定状态变量和目标函数(POSTl/POST26;②在Ansys数据库里建立与分析文件中变量相对应的参数,这一步是标准的做法,但不是必须的(BEGIN或OPT;③进入OPT优化处理器,指定要进行优化设计循环的分析文件(oPT;④声明优化变量:指定哪些参数是设计变量,哪些参数是状态变量,哪个参数是目标函数;⑤选择优化工具或优化算法:优化算法是使单个函数(目标函数在控制条件下达到最小值的传统算法,包括零阶算法和一阶算法;⑥指定优化循环控制方式,每种优化方法和工具都有相应的循环控制参数,比如最大迭代次数等;⑦进行优化分析;⑧查看设计序列结果(OPT和后处理(POSTl/POST26。
ANSYS Composite PrepPost
The OES 参照方向
● ACP提供了丰富的复合材料失效准则: - 失效模式无关的失效准则 最大应力准则 最大应变准则 - 多项式失效模式准则 Tsai-Hill准则 Tsai-Wu准则 - 失效模式相关的失效准则 Hashin准则 Puck准则 LaRC准则
铺层方向角 失效准则定义
ANSYS Composite PrepPost
ANSYS Composite PrepPost
——复合材料专用前/后处理工具
机械分析
ANSYS Composite PrepPost
产品概述
复合材料是由两种或两种以上具有不同性质的材料粘合而成具有新性能的一 种材料。在工程应用中,由于复合材料具有很高的比刚度(刚度与重量之比)和柔 韧性而广受制造业的亲睐。
重庆分公司 电话:86-23-63106775 传真:86-23-63106773
济南分公司 电话:86-31-86072996 传真:86-31-85180808
广州分公司
电话: 86-20-38102018 传真: 86-20-38102010
武汉分公司
电话: 86-27-87259015/6/7 传真:86-27-87259015/6/7-168
西安分公司
电话: 86-29-88348317 传真: 86-29-88348275
香港分公司
电话:00852-31139711 传真:00852-31139710
模型的整体结果
失效准则结果显示
● ACP还提供了“Draping and flat-wrap”功能,针对分析结果可以对复合材料进行“覆盖-展开”操作,这将非常有 利于复合材料的加工制造。
Draping and flat-wrap
ansys acp复合材料层合板的强度有限元计算
ansys acp复合材料层合板的强度有限元计算ANSYS ACP(Advanced Composite Products)是一款专业的复合材料模拟软件,它可以模拟材料的力学性能、热性能、电性能等多个方面。
利用ANSYS ACP,可以对多种复合材料层合板的强度进行有限元计算,如碳纤维增强复合材料(CFRP)、玻璃纤维增强复合材料(GFRP)等。
下面我们将从以下几个步骤来阐述如何利用ANSYS ACP进行CFRP层合板的强度计算。
步骤一:材料建模首先需要在ANSYS ACP中进行材料建模,设置合适的属性参数。
在这一步骤中需要输入的参数包括复合材料层厚度、纤维体积分数、成型方式等。
同时,需要输入材料的弹性模量、剪切模量、泊松比等参数。
步骤二:几何建模在建立完复合材料的材料模型之后,需要进行几何建模。
可以通过手动建模或者借助CAD软件对待分析物件进行建模。
设计文件包括要分析的结构的几何尺寸、荷载信息、边界条件等。
步骤三:网格划分完成几何建模后,需要进行网格划分,将待分析物体切分成若干个小单元,以利于计算。
可采用ANSYS ACP软件自带的网格划分功能,通过设置划分因子和增量因子,得到合适的网格布局和尺寸。
步骤四:载荷设置载荷设置是本次分析的关键,需要根据实际情况设置合适的载荷。
在这里可以设置弯曲荷载,压缩荷载,剪切荷载等,以及总载荷的方向和大小。
步骤五:约束条件设置设定约束条件对于分析的结果也有着重要的影响。
例如,在本次分析中可以设置在板的两端给出固定支座约束(boundary)条件。
步骤六:计算结果的查看完成以上步骤之后,可以开始进行强度有限元计算。
ANSYS ACP会自动求解产生相关计算结果,如材料强度,应力分布等。
需要注意的是,本次分析的结果只是基于材料模型和载荷等参数的理论计算结果,并不能与实验结果完全吻合。
通过以上步骤的学习,读者可以初步掌握如何使用ANSYS ACP对复合材料层合板的强度进行有限元分析。
ANSYS Example01简单框架问题及梁板复合计算 (ANSYS)
01简单框架问题及梁板复合计算(ANSYS) ANSYS 9.0版本启动的时候首先出现如下图所示的对话框,其中第一页提示用户选择需要的ANSYS功能模块,用户需要根据其购买的ANSYS模块和计算的问题内容来选择。
选择功能模块选择启动对话框的第二个页面,这里ANSYS提示用户给出操作所在的文件夹以及相应的任务名称。
而后ANSYS的计算过程及结果都存放在该文件夹中,一般都以任务命作为文件名,以扩展名表示文件的类型。
例如,在本次分析中,任务名为Case01,那么ANSYS的计算结果,一般会以Case01.rst文件的形式存放在D:\AnsysWork\Book\case01\文件夹中文件夹及任务名称以上设置好后点击“Run”按钮,就进入ANSYS的主操作界面,ANSYS操作界面主要包括以下4部分:(1)ANSYS窗口顶部菜单,提供一些常用功能开关选项;(2)ANSYS窗口顶部工具栏,提供一些常用功能件,比如打开文件、保存文件等;(3)在工具栏右侧为命令输入栏,ANSYS的所有操作都可以通过输入一定格式的命令来完成,ANSYS称其这套命令体系为APDL语言;(4)ANSYS窗口中央左侧为ANSYS的主菜单,ANSYS图形界面分析(GUI)的大部分功能都由这部分菜单完成。
主菜单中最常用的几个模块为前处理模块(Preprocessor),求解模块(Solution),通用后处理模块(General Postproc)和时程后处理模块(TimeHist Postproc);(5)ANSYS窗口中央右侧为ANSYS的显示窗口,GUI界面的各种操作和结果都在该窗口显示顶部菜单顶部工具栏命令输入栏主菜单显示窗口首先要选择分析所用的单元类型。
在本次分析中,我们将用到在土木工程中最常用的两种单元:三维梁单元Beam 188 和三维壳单元Shell 63。
一般结构中梁柱可以用梁单元模拟,而剪力墙和楼板则可以用壳单元模拟。
Ansys的复合材料分析
© 2005 ANSYS, Inc.
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ANSYS, Inc. Proprietary
SHELL99 Linear Layered Structural Shell Element
• Element Definition
– 8node, 3D shell element with six degrees of freedom at each node – Thin to moderately thick plate and shell structures with a sideto thickness ratio of roughly 10 or greater
© 2005 ANSYS, Inc.
rietary
Benefits of Composites
• Stronger and stiffer than metals on a density basis • Capable of high continuous operating temperatures • Highly corrosion resistant • Electrically insulating/conducting/selectively conducting properties • Tailorable thermal expansion properties • Exceptional formability • Outstanding durability
ANSYS复合材料仿真分析
在ANSYS 中可以定义多种材料属性:主菜单-> preprocesser -> Material Prop -> Material Models -> 打开Define Material Model Behavior 对话框-> 顶部菜单中:Material -> New Model ... -> 弹出Define Material ID 对话框-> 定义更多的材料ANSYS复合材料仿真分析2009-05-23 23:31复合材料,是由两种或两种以上性质不同的材料组成。
主要组分是增强材料和基体材料。
复合材料不仅保持了增强材料和基体材料本身的优点,而且通过各相组分性能的互补和关联,获得优异的性能。
复合材料具有比强度大、比刚度高、抗疲劳性能好、各向异性、以及材料性能可设计的特点,应用于航空领域中,可以获得显著的减重效益,并改善结构性能。
目前,复合材料技术已成为影响飞机发展的关键技术之一,逐渐应用于飞机等结构的主承力构件中,西方先进战斗机上复合材料使用量已达结构总重量的25%以上。
飞机结构中,复合材料最常见的结构形式有板壳、实体、夹层、杆梁等结构。
板壳结构如机翼蒙皮,实体结构如结构连接件,夹层结构如某些薄翼型和楔型结构,杆梁结构如梁、肋、壁板。
此外,采用缠绕工艺制造的筒身结构也可视为层合结构的一种形式。
一.复合材料设计分析与有限元方法复合材料层合结构的设计,就是对铺层层数、铺层厚度及铺层角的设计。
采用传统的等代设计(等刚度、等强度)、准网络设计等设计方法,复合材料的优异性能难以充分发挥。
在复合材料结构分析中,已经广泛采用有限元数值仿真分析,其基本原理在本质上与各向同性材料相同,只是离散方法和本构矩阵不同。
复合材料有限元法中的离散化是双重的,包括了对结构的离散和每一铺层的离散。
这样的离散可以使铺层的力学性能、铺层方向、铺层形式直接体现在刚度矩阵中。
有限元分析软件,均把增强材料和基体复合在一起,讨论结构的宏观力学行为,因此可以忽略复合材料的多相性导致的微观力学行为,以每一铺层为分析单元。
最新Ansys复合材料结构分析总结汇总
最新Ansys复合材料结构分析总结汇总A n s y s复合材料结构分析总结Ansys复合材料结构分析总结说明:整理自Simwe论坛,复合材料版块,原创fea_stud,大家要感谢他呀目录1# 复合材料结构分析总结(一)——概述篇5# 复合材料结构分析总结(二)——建模篇10# 复合材料结构分析总结(三)——分析篇13# 复合材料结构分析总结(四)——优化篇做了一年多的复合材料压力容器的分析工作,也积累了一些分析经验,到了总结的时候了,回想起来,总最初采用I-deas,到MSC.Patran、Nastran,到最后选定Ansys为自己的分析工具,确实有一些东西值得和大家分享,与从事复合材料结构分析的朋友门共同探讨。
(一)概述篇复合材料是由一种以上具有不同性质的材料构成,其主要优点是具有优异的材料性能,在工程应用中典型的一种复合材料为纤维增强复合材料,这种材料的特性表现为正交各向异性,对于这种材料的模拟,很多的程序都提供了一些处理方法,在I-Deas、Nastran、Ansys 中都有相应的处理方法。
笔者最初是用I-Deas下建立各项异性材料结合三维实体结构单元来模拟(由于研究对象是厚壁容器,不宜采用壳单元),分析结果还是非常好的,而且I-Deas强大的建模功能,但由于课题要求要进行压力容器的优化分析,而且必须要自己写优化程序,I-Deas的二次开发功能开放性不是很强,所以改为MSC.Patran,Patran提供了一种非常好的二次开发编程语言PCL(以后在MSC的版中专门给大家贴出这部分内容),采用Patran结合Nastran的分析环境,建立了基于正交各项异性和各项异性两种分析模型,但最终发现,在得到的最后结果中,复合材料层之间的应力结果始终不合理,而模型是没有问题的(因为在I-Deas中,相同的模型结果是合理的),于是最后转向Ansys,刚开始接触Ansys,真有相见恨晚的感觉,丰富的单元库,开放的二次开发环境(APDL语言),下面就重点写Ansys的内容。
ansys 复合材料分析
第五章复合材料5.1 复合材料的相关概念复合材料作为结构应用已有相当长的历史。
在现代,复合材料构件已被大量应用于飞行器结构、汽车、体育器材及许多消费产品中。
复合材料由一种以上具有不同结构性质的材料构成,它的主要优点是具有很高的比刚度(刚度与重量之比)。
在工程应用中,典型复合材料有纤维和叠层型材料,如玻璃纤维、玻璃环氧树脂、石墨环氧树脂、硼环氧树脂等。
ANSYS程序中提供一种特殊单元--层单元来模拟复合材料。
利用这些单元就可以作任意的结构分析了(包括非线性如大挠度和应力刚化等问题)。
对于热、磁、电场分析,目前尚未提供层单元。
5.2 建立复合材料模型与铁或钢等各向同性材料相比,建立复合材料的模型要复杂一些。
由于各层材料性能为任意正交各向异性,材料性能与材料主轴取向有关,在定义各层材料的材料性能和方向时要特别注意。
本节主要探讨如下问题:选择合适的单元类型;定义材料层;确定失效准则;应遵循的建模和后处理规则。
5.2.1 选择合适的单元类型用于建立复合材料模型的单元类型有SHELL99、SHELL91、SHELL181、SOLID46和SOLID191 五种单元。
但 ANSYS/Professional 只能使用 SHELL99 和SHELL46 单元。
具体应选择哪一类单元要根据具体应用和所需计算结果类型等来确定。
所有的层单元允许失效准则计算。
1、SHELL99--线性层状结构壳单元SHELL99 是一种八节点三维壳单元,每个节点有六个自由度。
该单元主要适用于薄到中等厚度的板和壳结构,一般要求宽厚比应大于10。
对于宽厚比小于10的结构,则应考虑选用 SOLID46 来建立模型。
SHELL99 允许有多达 250 层的等厚材料层,或者 125 层厚度在单元面内呈现双线性变化的不等材料层。
如果材料层大于 250,用户可通过输入自己的材料矩阵形式来建立模型。
还可以通过一个选项将单元节点偏置到结构的表层或底层。
2、SHELL91--非线性层状结构壳单元SHELL91 与 SHELL99 有些类似,只是它允许复合材料最多只有 100 层,而且用户不能输入自己的材料性能矩阵。
ansys复合材料
5.3 复合材料分析实例(GUI方法)5.3.1 问题描述如图5-7所示,有一长3米的工字梁,高度为0.3m,上下翼缘的宽度为0.2m。
材料为T300/5208,是20层对称分布叠层板,每层的厚度为0.001m,各层的方向角分别为0、45、90、-45、0、0、45、90、-45和0度,材料特性为:E x=181Gpa,E y=E z=10.3Gpa,G xy=7.17Gpa,G yz=3.78Gpa,υ12=0.016。
沿轴强度:σx+=1500Mpa,σx-=1500Mpa,σy+=40Mpa,σy-=246Mpa,σx+=40Mpa,σx-=246Mpa,τxy=68Mpa (+表示受拉,-表示受压)。
工字梁一端固定,另一端受集中力分别为:100N 、10000N和100N 。
计算工作应力和应变、失效应力和失效层等。
图5-7叠层板工字梁结构和载荷示意图5.3.2 GUI方式(一) 定义单元类型、实常数和材料特性1. 选取菜单元途径Main>Preprocessor>Element type>Add/edit/delete,弹出Element Types窗口。
2. 单击Add,弹出Library of Element Types窗口,左边选择窗口选择Structural Shell,右边选择窗口选择中选择Linear Layer99,单击OK。
3. 单击Element Types窗口中Options,弹出SHELL99 ElementType Options窗口,将K8设置为ALL Layer,单击OK。
单击Element Types窗口中Close。
4. 选取菜单途径Main menu>Preprocessor>Element Type>Real Constants,弹出Real Constants 窗口。
单击OK,弹出Element type for Real Constants窗口。
最新ANSYS命令流学习笔记14-shell单元的铺层复合材料分析
! ANSYS命令流学习笔记14-shell单元的铺层复合材料分析!学习重点:!1、熟悉复合材料的材料特点工程应用中典型的复合材料为纤维增强复合材料。
玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)、碳纤维、石墨纤维、硼纤维等高强度和高模量纤维。
复合材料各层为正交各向异性材料(Orthotropic)或者横向各向异性材料(Transversal Isotropic),材料的性能与材料主轴的取向有关。
各向异性Anisotropic,一般的各项同性材料需要两个材料参数弹性模量E和泊松比v。
而各向异性在XYZ有着不同的材料属性,而且拉伸行为和剪切行为互相关联。
定义其几何方程需要21个参数。
正交各向异性orthotropic,在XYZ有着不同的材料属性,而且拉伸行为和剪切行为无关,定义材料需要9个参数:Ex,Ey,Ez,Vxy,Vyz,Vxz,Gxy,Gyz,Gxz。
横向各向异性Transversal Isotropic,属于各向异性材料,但是在某个平面上表现出二维上的各向同性。
!2、熟悉复合材料分析所用的ANSYS单元复合材料单元关键在于能够实现铺层。
不同截面属性的梁单元(beam188, beam189, elbow290),2D对称壳单元(shell208, shell209),3D铺层壳单元(shell181, shell281, shell131, shell132),3D铺层实体单元(solid185, solid186, solsh190, solid278, solid279),均能实现复合材料的搭建。
其中Beam单元和2D对称壳单元很少使用。
SHELL91、SHELL99、SOLID46、SOLID191用于一些以前的分析教程中,但是现在这些单元已经被淘汰,最好选择下列单元区替代他们。
用越来越少的单元做越来越多的事情也是趋势。
Shell208和shell209,2D对称壳单元前者为2节点3自由度单元,后者为3节点3自由度单元,均能用于薄板和中厚板结构(L/h > 5-8)。
ansys_复合材料分析
第五章复合材料5.1 复合材料的相关概念复合材料作为结构应用已有相当长的历史。
在现代,复合材料构件已被大量应用于飞行器结构、汽车、体育器材及许多消费产品中。
复合材料由一种以上具有不同结构性质的材料构成,它的主要优点是具有很高的比刚度(刚度与重量之比)。
在工程应用中,典型复合材料有纤维和叠层型材料,如玻璃纤维、玻璃环氧树脂、石墨环氧树脂、硼环氧树脂等。
ANSYS程序中提供一种特殊单元--层单元来模拟复合材料。
利用这些单元就可以作任意的结构分析了(包括非线性如大挠度和应力刚化等问题)。
对于热、磁、电场分析,目前尚未提供层单元。
5.2 建立复合材料模型与铁或钢等各向同性材料相比,建立复合材料的模型要复杂一些。
由于各层材料性能为任意正交各向异性,材料性能与材料主轴取向有关,在定义各层材料的材料性能和方向时要特别注意。
本节主要探讨如下问题:选择合适的单元类型;定义材料层;确定失效准则;应遵循的建模和后处理规则。
5.2.1 选择合适的单元类型用于建立复合材料模型的单元类型有SHELL99、SHELL91、SHELL181、SOLID46和SOLID191 五种单元。
但 ANSYS/Professional 只能使用 SHELL99 和SHELL46 单元。
具体应选择哪一类单元要根据具体应用和所需计算结果类型等来确定。
所有的层单元允许失效准则计算。
1、SHELL99--线性层状结构壳单元SHELL99 是一种八节点三维壳单元,每个节点有六个自由度。
该单元主要适用于薄到中等厚度的板和壳结构,一般要求宽厚比应大于10。
对于宽厚比小于10的结构,则应考虑选用 SOLID46 来建立模型。
SHELL99 允许有多达 250 层的等厚材料层,或者 125 层厚度在单元面内呈现双线性变化的不等材料层。
如果材料层大于 250,用户可通过输入自己的材料矩阵形式来建立模型。
还可以通过一个选项将单元节点偏置到结构的表层或底层。
2、SHELL91--非线性层状结构壳单元SHELL91 与 SHELL99 有些类似,只是它允许复合材料最多只有 100 层,而且用户不能输入自己的材料性能矩阵。
ANSYS实例1-四边简支板模态分析命令流
ANSYS实例1-四边简⽀板模态分析命令流复合材料四边简⽀板模态分析摘要:本⽂介绍了复合材料四边简⽀板的模态分析过程,介绍了ANSYS 复合材料结构分析的基本⽅法、步骤和过程,并介绍了单元类型的选择、建模及后处理等多⽅⾯的内容。
关键词:有限元;弹塑性;简⽀板;模态分析Modal Analysis of Composite Material Plate with Four Simply Supported EdgesAbtract: This paper introduces the modal analysis process of composite material plate with four simply supported edges.This paper introduces the basic methods, steps and process of the ANSYS composite structure analysis , and introduces the unit type selection, modeling and post-processing and other aspects of content.Key Words: Finite element ;Elastic plastic ;Simply supported plate ;Modal analysis⼀、前⾔如图1所⽰的四边简⽀复合材料叠层⽅板,边长为8m,厚为0.04m,密度为2.163/cm g 。
叠层板共8层,铺层为[0/45/-45/90]s,单层厚度为0.005m ,各层材料属性和厚度均相同,其中26/1025m N E x ?= ,26/101m N E y ?=,25.0=xy υ,26/105.0m N G G xz xy ?==,26/102.0m N G yz ?=,试对其进⾏模态分析。
ACP复合材料定义_ANSYS Workbench 16.0超级学习手册_[共7页]
406第11章 复合材料分析平台中能完成复合材料的定义工作。
注:由于篇幅限制,本实例不对ACP(Pre)平台界面进行详细介绍,ACP模块将在后续的书籍中进行详细讲解。
图11-18 ACP平台界面11.3.6 ACP复合材料定义Step1依次单击ACP-Pre→Models→ACP Model→Material Data→Fabrics命令,如图 11-19所示,并在Fabrics命令上右键单击,在弹出的快捷菜单中选择Create Fabric…命令。
Step2在弹出的图11-20所示的Fabric Properties对话框进行复合材料设置:①在Name栏中输入材料名称为UD_T700_200gsm;②在General→Material选项中选择UD_T700选项;③在General→Thickness栏中输入厚度为0.2,其余默认并单击“OK”按钮。
图11-19 创建复合材料图11-20 材料参数定义11.3 复合材料静力学分析实例——复合板受力分析 407Step3 同样操作定义图11-21所示的Core 材料:① 在Name 栏中输入材料名称为Core ;② 在General →Material 选项中选择Corecell _A550选项;③ 在General →Thickness 栏中输入厚度为15,其余默认并单击“OK ”按钮。
Step4 依次单击ACP-Pre →Models →ACP Model →Material Data →Stackups 命令,如图11-22所示,并在Stackups 命令上右键单击,在弹出的快捷菜单中选择Create Stackups…命令。
图11-21 材料参数定义 图11-22 快捷菜单 Step5 在弹出的图11-23所示的Stackup Properties 对话框中做如下设置:① 在Name 栏中输入名字为Biax _Carbon _UD ;② 在Fabrics →Fabric 栏中选择UD _T700_200gsm 选项,在Angle 栏中输入−45°; ③ 在下一个Fabric 栏中选择UD _T700_200gsm 选项,在Angle 栏中输入45°,其余默认并单击“OK ”按钮,完成输入;④ 单击Analysis 选项卡,勾选Layup →Analysis Plies (AP )选项;⑤ 勾选Text →Angle 选项;⑥ 勾选Polar →E1、E2、G12三个选项,并单击“Apply ”按钮,此时出现图11-24所示的极坐标属性。
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ANSYS ACP复合材料案例详解-1
该算例为简单层合板分析,描述了从几何模型到后处理的基本操作流程。
1.前处理部分
1〉打开ANSYS Workbench,直接拖拽ACP(Pre)到工作界面:
2〉双击打开Engineering Data,分别创建单向纤维增强复合材料UD_T700与中心层材料Corecell_A550,详细定义如下:
3〉返回Project,打开DesignModeler界面,设置单位制:
4〉创建草图:
5〉生成surface:
6〉双击Model,打开Mechanical界面,设置厚度(此处厚度设置与铺层厚度无关):
7〉网格设置,生成网格:
8〉更新流程:
9〉双击或者右键-Edit打开ACP,可以看到,Engineering Data中的材料已经自动导入ACP:
10〉注意单位设置,另外,ACP操作的每一步都需点击update图标才能更新:
11〉创建层板与厚度(Fabrics):
12〉创建Stackups:
13〉创建子层合板Sub Laminate:
14〉创建铺层参考方向Rosetts:
15〉定义Oriented Selection Sets,Point选择几何上的任一点即可,带[]部分,点击[],再点击左侧相关项,即可自动导入;其中三Resetts代表的是铺层材料的0°方向,
16〉查看参考方向,铺层零度方向,以及法向等可点击工具栏图标,如下:
17〉右键点击Modeling Groups,创建三个层组,命名如下:
18〉在sandwich_bottom下进行第一个层设置,命名为bottom_1,如下:
19〉在sandwich_core下进行第二个层设置,命名为core_2,如下:
20〉在sandwich_top下进行第三个层设置,命名为top_3,如下:
21〉更新,层定义应该如下图所示:
22〉返回workbench主界面,更新ACP流程:
拖拽Static Structural流程到界面,将ACP的A5连接到Static Structural的B4,选择传递壳数据,连接好的流程见下图:
23〉更新结构分析流程,双击打开Mechanical界面,四条边固定支撑,面上施加0.1Mpa
压力,边界条件设置如图:
2.求解,点击Solve直接求解
3.后处理
1〉拖拽ACP(Post)流程到ACP(Pre)上,连接效果如下:
2〉将Static Structural的结果Solution与ACP后处理的Results部分连接,求解结果文件将被读入到后处理模块,如图:
3〉更新流程,保证静态分析与ACP前处理流程上都是绿色对勾标志,刷新ACP后处理的
Results部分:
4〉双击打开ACP(Post),在Solution分支下查看变形结果,设置如下:
5〉变形结果云图:
6〉接下来,配置组合失效准则,创建复合材料结构的失效结果图,两种材料的强度极限最初在Engineer Data中已经定义好。
创建失效准则并选择准则:
7〉创建好失效准则后,在Solution下创建失效,激活主要失效模式与关键层:
8〉更新,显示出失效云图,展示了每个单元的最大逆储备系数,单元上的文字代表着主要失效模式与关键层:
9〉样本点与ply-wise显示可用来查看更多的细节结果,创建一个样本点并选择一个感兴趣的单元:
10〉插入ply-wise横向应力s2,当选中某个ply时,ply-wise云图才会显示:
11〉选中样本点的某层,更新后可显示出本层的应力分布:
12〉在创建好的样本点的Analysis栏,可以查看随厚度分布的应变、应力或者失效结果:。