5.3  復(fù)合材料分析實例(GUI方法)

    5.3.1  問題描述

    如圖5-7所示，有一長3米的工字梁，高度為0.3m，上下翼緣的寬度為0.2m。材料為T300/5208，是20層對稱分布疊層板，每層的厚度為0.001m，各層的方向角分別為0、45、90、-45、0、0、45、90、-45和0度，材料特性為：E_x=181Gpa，E_y=E_z=10.3Gpa，G_xy=7.17Gpa，G_yz=3.78Gpa，υ₁₂=0.016。沿軸強度：σ_x+=1500Mpa，σ_x-=1500Mpa，σ_y+=40Mpa，σ_y-=246Mpa，σ_x+=40Mpa，σ_x-=246Mpa，τ_xy=68Mpa（+表示受拉，-表示受壓）。工字梁一端固定，另一端受集中力分別為：100N 、10000N和100N 。計算工作應(yīng)力和應(yīng)變、失效應(yīng)力和失效層等。

圖5-7疊層板工字梁結(jié)構(gòu)和載荷示意圖

    5.3.2  GUI方式

     (一)  定義單元類型、實常數(shù)和材料特性

    1.  選取菜單元途徑Main>Preprocessor>Element type>Add/edit/delete,彈出Element Types窗口。

    2.  單擊Add，彈出Library of Element Types窗口，左邊選擇窗口選擇 Structural Shell，右邊選擇窗口選擇中選擇 Linear Layer99,單擊OK。

    3.  單擊Element Types窗口中 Options,彈出SHELL99 ElementType Options窗口，將K8設(shè)置為ALL Layer，單擊OK。單擊 Element Types窗口中Close。

    4.  選取菜單途徑Main menu>Preprocessor>Element Type>Real Constants，彈出 Real Constants窗口。單擊OK，彈出 Element type for Real Constants窗口。單擊OK，彈出 Real Constants Set Number1,for SHELL99窗口，依次輸入NL=20、LSYM=1、LP1=1和LP2=20。

    5.  單擊OK，彈出Real Constants Set Number 1，for SHELL99附加信息窗口，所有MAT輸入1，所有TK輸入0.001，THETA依次輸入0、45、90、-45、0、0、45、90、-45和0。單擊OK。再單擊Real Constants窗口中的Close。

    6.  選取菜單途徑Main menu >Preprocessor>Material Props>-Constant-Orthotrople ,彈出Orthotropic Material Properties 窗口，單擊OK后依資助輸入EX=181e9，EY=10.3e9，EZ=10.3e9,PRXY=0.016,單擊OK。

    (二)  定義失效準(zhǔn)則

    1.  選取菜單途徑Main menu>Proprocessor>Material Props>Data Tables>Define/Activate,彈出Define/Activate Data Table窗口，設(shè)置 Lab為 Compos fall FALL ,MAT為1。單擊OK。

    2.  選取菜單途徑 Main menu>Prepocessor>Material Props >Data Tables>Set Temp Table ，彈出Set Data Table Temperature窗口，激活KMOD選項下 Edit existing項，將KMOD設(shè)置為 Crit。單擊OK。

    3.  選取菜單途徑 Main menu>Prepocessor>Material Props>Data Tables>Edit Active彈出 Data Table Fail窗口，依次輸入：

   critkey行第3列處輸入1，

    XtenStrs 行第1列輸入1.5e9,

    XcomStrs行第1列輸入-1.5e9

    YtenStrs 行第1列輸入4e7,

    YcomStrs行第1列輸入-2.46e8

    ZtenStrs 行第1列輸入4e7,

    ZcomStrs行第1列輸入4e7,

    行第1列輸入6.8e7。

    單擊File 菜單下的Apply/Quit項。

    (三)  定義有限元模型

    1.  選取菜單途徑Main menu>Prepocessor>-Modeling-Creat>-Areas-Rectangle>By Dimensions ，彈出Create Rectangle by Dimensions對話框，在X1和X2處輸入0和3，在Y1和Y2處輸入0和0.3，單擊OK。

    2.  選取菜單途徑Utility Menu>Work Plane>Offset WP by Increments,將工作平面坐標(biāo)系繞X軸逆時針旋轉(zhuǎn)90度。

    3.  選取菜單途徑Main menu>Prepocessor>-Modeling-Creat>-Areas-Rectangle>By Dimension，彈出Create Rectangle by Dimensions對話框，在X1和X2輸入0和3，在Y1和Y2處輸入0.1和-0.1，單擊OK。

    4.  選取菜單途徑Utility Menu>Work Plane>Offset WP by Increments，將工作平面坐標(biāo)系沿工作平面坐標(biāo)系Z軸移動-0.3。

    5.  選取菜單途徑Main menu>Prepocessor>-Modeling-Creat>-Areas-Rectangle>By Dimension，彈出Create Rectangle by Dimensions對話框，在X1和X2輸入0和3，在Y1和Y2處輸入0.1和-0.1，單擊OK。

    6.  選取菜單途徑Main menu>Prepocessor>Operate>Partition>Areas，彈出Partition Areas拾取對話框，單擊Pick All。

    7.  選取菜單途徑Main menu>Prepocessor>Mesh>-Meshing-Size Cntrls>-Global-Size彈出Global Element Sizes窗口，在SIZE處輸入0.1，單擊OK。

    8.  選取菜單途徑Main menu>Prepocessor>-Meshing-Mesh>-Areas-Free，彈出Mesh Areas拾取對話框，單擊Pick All。

    9.  選取菜單途徑Main menu>Prepocessor>>Numbering Ctrls>Merge Items ,將Label設(shè)置為 Node ，單擊OK。

    10. 選取菜單途徑Main menu>Prepocessor>>Numbering Ctrls>Compress Number ,將Label設(shè)置為 Node ，單擊OK。

    (四)  添加約束和載荷并求解

    1.  選取菜單途徑Utility Menu>Select>Entities ，彈出Select Entities窗口，從上至下依次設(shè)置為： Nodes、 By Location 、X和輸入0，單擊OK。

    2.  選取菜單途徑Main Menu>Solution>-Loads-Apply >-Structural-Displacement>On Nodes ，彈出Apple U,ROT on Nodes 拾取對話框。單擊Pick All，彈出 Apply U,ROT on Nodes窗口，將Lab2設(shè)置為ALL DOF ，單擊OK。

    3.  選取菜單途徑Utility Menu>Select>Everything。

    4.  選取菜單途徑Utility Menu>Select>Entities，彈出Select Entities窗口，從上至下依次設(shè)置為：Nodes、By Location、X和輸入3，單擊OK。

    5.  選取菜單途徑Utility Menu>Select>Entities，彈出Setect Entities窗口，從上至下依次設(shè)置為：Nodes、By Location、Y輸入0.3和Reselect，單擊OK。

    6.  選取菜單途徑Utility Menu>Select>Entities，彈出Select Entities窗口，從上至下依次設(shè)置為：Nodes、By Location、Z輸入0和Reselect，單擊OK。

    7.  選取菜單途徑Main Menu>Solution>-Loads-Apply >-Structural-Force>Moment>On Nodes ，彈出Apple F/M, on Nodes 拾取對話框。單擊Pick All，彈出 Apply F/M on Nodes窗口，將Lab設(shè)置為FY，在VALUE處輸入-10000，單擊OK。

    8.  選取菜單途徑Utility Menu>Select>Everything。

    9.  選取菜單途徑Utility Menu>Select>Entities，彈出Select Entities窗口，從上至下依次設(shè)置為：Nodes、By Location、X和輸入3，單擊OK。

    10. 選取菜單途徑Utility Menu>Select>Entities，彈出Setect Entities窗口，從上至下依次設(shè)置為：Nodes、By Location、Y輸入0.3和Reselect，單擊OK。

    11. 選取菜單途徑Utility Menu>Select>Entities，彈出Select Entities窗口，從上至下依次設(shè)置為：Nodes、By Location、Z輸入0.1和Reselect，單擊OK。

    12. 選取菜單途徑Main Menu>Solution>-Loads-Apply >-Structural-Force>Moment>On Nodes ，彈出Apple F/M, on Nodes 拾取對話框。單擊Pick All，彈出 Apply F/M on Nodes窗口，將Lab設(shè)置為FY，在VALUE處輸入-100，單擊OK。

    13. 選取菜單途徑Utility Menu>Select>Everything。

    14. 選取菜單途徑Utility Menu>Select>Entities，彈出Select Entities窗口，從上至下依次設(shè)置為：Nodes、By Location、X和輸入3，單擊OK。

    15. 選取菜單途徑Utility Menu>Select>Entities，彈出Setect Entities窗口，從上至下依次設(shè)置為：Nodes、By Location、Y輸入0.3和Reselect，單擊OK。

    16. 選取菜單途徑Utility Menu>Select>Entities，彈出Select Entities窗口，從上至下依次設(shè)置為：Nodes、By Location、Z輸入-0.1和Reselect，單擊OK。

    17. 選取菜單途徑Main Menu>Solution>-Loads-Apply >-Structural-Force>Moment>On Nodes ，彈出Apple F/M, on Nodes 拾取對話框。單擊Pick All，彈出 Apply F/M on Nodes窗口，將Lab設(shè)置為FY，在VALUE處輸入-100，單擊OK。

    18. 選取菜單途徑Utility Menu>Select>Everything。

    19. 選取菜單途徑Utility Menu>Solution>-Solve-Current LS，彈出Solve Current Load Step對話框，同時彈出/STAT Command 窗口。仔細(xì)閱讀/STAT Command窗口的信息，然后單擊Close 關(guān)閉/STATCommand窗口。

    20. 單擊Solve Current Load Step對話框中的OK，開始求解計算。

    21. 當(dāng)求解結(jié)束時，彈出“ Solution is done！”對話框，關(guān)閉之。

(五)  觀察結(jié)果

    1.  選取菜單途徑Main Menu>General Postpro>Element Table Define Table ，彈出Define Table Data窗口。單擊 Add，彈出Define Additional Element Table Items窗口，在 Lab 處輸入NX，將Item 設(shè)置為By sepuence num，將 Comp設(shè)置為SMISC，7。

    2.  單擊Apply，再次彈出Define Additional Element Table Items窗口，在 Lab處輸入FC，將 Item設(shè)置為 By sequence num，將 Comp設(shè)置為SMISC，1。

    3.  單擊Apply，再次彈出Define Additional Element Table Items窗口，在 Lab處輸入FCMC，將 Item設(shè)置為 By sequence num，將 Comp設(shè)置為SMISC，2。

    4.  單擊Apply，再次彈出Define Additional Element Table Items窗口，在 Lab處輸入FCLN，將 Item設(shè)置為 By sequence num，將 Comp設(shè)置為SMISC，3。

    5.  單擊Apply，再次彈出Define Additional Element Table Items窗口，在 Lab處輸入ILMX，將 Item設(shè)置為 By sequence num，將 Comp設(shè)置為SMISC，4。

    6.  單擊Apply，再次彈出Define Additional Element Table Items窗口，在 Lab處輸入ILMN，將 Item設(shè)置為 By sequence num，將 Comp設(shè)置為SMISC，5。

    7.  選取菜單途徑Main Menu>General Postpro>Element Table>Plot Element Table ，彈出Contour Plot of Element Table Data 窗口。將Itlab處設(shè)置為NX，單擊OK。

    8.  選取菜單途徑Main Menu>General Postpro>Element Table>Plot Element Table ，彈出Contour Plot of Element Table Data 窗口。將Itlab處設(shè)置為FC，單擊OK。

    9.  選取菜單途徑Main Menu>General Postpro>Element Table>Plot Element Table ，彈出Contour Plot of Element Table Data 窗口。將Itlab處設(shè)置為FCMC，單擊OK。

    10. 選取菜單途徑Main Menu>General Postpro>Element Table>Plot Element Table ，彈出Contour Plot of Element Table Data 窗口。將Itlab處設(shè)置為FCLN，單擊OK。

    11. 選取菜單途徑Main Menu>General Postpro>Element Table>Plot Element Table ，彈出Contour Plot of Element Table Data 窗口。將Itlab處設(shè)置為ILMX，單擊OK。

    12. 選取菜單途徑Main Menu>General Postpro>Element Table>Plot Element Table ，彈出Contour Plot of Element Table Data 窗口。將Itlab處設(shè)置為ILLN，單擊OK。

    13. 選取菜單途徑Main Menu>General Postpro>Element Table >List Element Table ,彈出List Element Table Data 窗口，激活NX、ILLN和ILMX項，單擊OK。

    14. 選取菜單途徑Main Menu>General Postpro>Element Table >List Element Table ,彈出List Element Table Data 窗口，激活FC、FCLN和FCMX項，單擊OK。     

    5.3.2 批處理方式

    /PREP7

    /TITILE,DIECENBAN     

    ET,1,SHELL99, , , , , 2,4  ！定義單元類型

    KEYOPT,1,8,1     

    R,1,20,1,1,20   ！定義實常數(shù)

    RMORE

    RMORE,1,0,0.001,1,45,0.001

    RMORE,1,90,0.001,1,-45,0.001

    RMORE,1,0,0.001,1,0,0.001

    RMORE,1,45,0.001,1,90,0.001,

    RMORE,1,-45,0.001,1,0,0.001     

    MP,EX,1,181E9  ！定義材料特性

    MP,EY,1,10.3E9

    MP,EZ,1,10.3E9

    MP,PRXY,1,0.016

    MP,GXY,1,7.17E9

    MP,GYZ,1,3.78E9     

    TB,FAIL,1  ！定義生效準(zhǔn)則

    TBTEMP, ,CRIT

    TBDATA,1,0,0,1

    TBTEMP,20

    TBDATA,10,1500E6

    TBDATA,11,-1500E6

    TBDATA,12,40E6

    TBDATA,13,-246E6

    TBDATA,14,40E6

    TBDATA,15,-246E6

    TBDATA,16,68E6     

    K,1  ！定義有限元模型

    K,2,3

    K,3,3,0.3

    K,4,0,0.3

    A,1,2,3,4

    K,5,0,0,0.1

    K,6,3,0,0.1

    K,7,3,0,-0.1

    K,8,0,0,-0.1

    A,5,6,7,8

    K,9,0,0.3,0.1

    K,10,3,0.3,0.1

    K,11,3,0.3,-0.1

    K,12,0,0.3,-0.1

    A,9,10,11,12

    APTN,1,2,3

    ESIZE,0.1

    AMESH,ALL

    NUMMRG,NODE

    NUMCMP,NODE

FINISH     

    /SOLU       

    NSEL, S,LOC,X,0  ！添加約束

    D,ALL,ALL

    NSEL,ALL     

    NSEL,S,LOC,X,3  ！添加載荷

    NSEL,R,LOC,Y,0.3

    NSEL,R,LOC,Z,0

    F,ALL,FY,-10000

    NSEL,ALL     

    NSEL,S,LOC,X,3

    NSEL,R,LOC,Y,0.3

    NSEL,R,LOC,Z,0.1

    F,ALL,FY,-100

    NSEL,ALL     

    NSEL,S,LOC,X,3

    NSEL,R,LOC,Y,0.3

    NSEL,R,LOC,Z,-0.1

    F,ALL,FY,-100

    NSEL,ALL     

    OUTPR, ,1    

    SOLVE

    FINISH     

    /POST1   ！觀察結(jié)果

    ETABLE,NX,SMISC,7

    ETABLE,FC,NMISC,1

    ETABLE,FCMC,NMISC,2

    ETABLE,FCLN,NMISC,3

    ETABLE,ILMX,NMISC,4

    ETABLE,ILLN,NMISC,5

    PRETAB,NX,ILLN,ILMX

    PRETAB,FC,FCLN,FCMX

    FINISH

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