Ansys复合材料结构分析操作指导书 - 副本

第四章复合材料计算实例

在有了前几章知识做铺垫，这一章我们来学习两个复合材料分析的例子，加深复合材料分析的理解，也希望读者能从中收获一些经验。在这里将第二章的流程图再次拿出来，进一步熟悉ANSYS有限元分析的基本过程。

图7 Ansys 结构分析流程图

4.1 层合板受压分析

4.1.1 问题描述

层合板指的是仅仅由FRP层叠而成的复合板材，中间不包含芯材，板材的性能不仅与纤维的弹性模量、剪切模量有关，还与纤维的铺层方向有着密切关系。本例中的板材有4层厚度为0.025m的单元板复合而成，单元板的铺层方向为0°、90°、90°、0°，见图13所示。单元板的材料属性见表4.1。

表 4.1 单元板材料属性

EX/MP EY/MP EZ/MP GXY/MP GYZ/MP GXZ/MP PRXY PRYZ PRXZ 12.5 300 300 50 20 50 0.25 0.25 0.01

图13 复合材料板

4.1.2 求解步骤

根据问题描述，所要分析的问题为壳体结构的复合材料板，可以采用SOLID46单元建立3D有限元模型进行分析。结合图7的一般步骤进行分析。

步骤一：选取单元类型，设置单元实常数

⑴、在开始一个新分析前，需要指定文件保存路径和文件名。

文件保存路径GUI：【Utility Menu】|【File】|【Change Directory】见图14

指定新的文件名GUI：【Utility Menu】|【File】|【Change Jobname】见图15所示

图14 指定文件保存路径

图15 修改文件名

⑵、选取单元类型

1）选取单元类型的GUI操作：【Main Menu】|【Preprocessor】|【Element Type】|【Add/Edit/Delete】，执行后弹出Element Types对话框。2）在Element Types对话框点击Add定义新的单元类型，弹出“Library of Element Types”对话框，见图16所示，按图中所示选择，单元

类型参考号输入框中输入数字1。

图16 单元类型对话框

3）点击“OK”，回到“Element Types”对话框见图17所示，从图中可以看到，定义的单元类型参考号为1，单元类型对应为SOLID46。

图17 已经定义好的单元类型

4）接下来，还要对单元类型做一些选项设置，点击“Options”，弹出“SOLID46 element type options”对话框，在“Form of input”下拉

选择列表中有三个选项，分别是各材料层厚度相同、变厚度材料层、

自定义宏观材料本构矩阵，选择不同的选项，会导致后面需要输入

的材料参数不同。由于本例各层厚度相同，选择“Const thk layer”

项，点击“OK”，弹出“More SOLID46 element type options”，在

K8选项中选择“All layers”，然后单击OK，随后单击ElementTypes

对话框上的Close，关闭该对话框，完成单元类型选择，见图18。

图18 单元类型关键字设置

⑶、设置单元实常数

单元实常数设置GUI路径为【Main Menu】|【Preprocessor】|【Real Constants】|【Add/Edit/Delete】，执行后出现Real Constants对话框，单击Add按钮，出现Element Type for Real Constants对话框，单击OK，出现Real Constant Set Number1, for SOLID46，如图19左图所示。在NL框中输入4，表示一共有4层，在LSYM 框中输入1，表示对称铺层。

图19 单元实常数设置

按图19设置完后点击OK，出现Real Constant Set Number1, for SOLID46对话框，见图19右图所示，按图中所示进行设置，点击OK关闭对话框。最后单击Real Constants对话框上的Close按钮完成实常数设置。

步骤二：定义材料属性

与各项同性材料一样，复合材料在定义材料性质时，需要定义弹性模量、剪切模量和泊松比，所不同的是复合材料需要定义各个方向上的材料性质。定义材料属性的GUI路径为：

【Main Menu】|【Preprocessor】|【Material Props】|【Material Models】

执行完后弹出Define Material Model Behavior对话框，见图20所示，按图中所示选择材料。

图20 材料属性列表框

选择完后弹出Linear Orthotropic Properties for Material Number1对话框。见图21所示。按图示输入材料属性值。在这里做一点说明，ANSYS软件允许用户使用任何一套相匹配的单位体系，比如：长度、力、时间、温度分别采用m、N、s、℃作为单位，或采用英制单位体系。单击OK关闭对话框，在Define Material Model Behavior对话框上选择【Material】|【Exit】，结束材料属性定义。

图21 材料属性设置对话框

步骤三：创建几何模型、划分网格

⑴、建立几何模型

在这个例题中，选择的单元类型是SOLID46，需要建立实体模型，建模的GUI 操作：【Main Menu】|【Preprocessor】|【Modeling】|【Create】|【Volumes】|【Block】|【By Dimension】，执行完后弹出Create Block by Dimensions对话框，相应的输入见图22所示。点击OK，结果如图23所示。