Ansys10.0 復合材料操作知識（三）

奈文摩爾

2020年1月2日 15:08

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以前搜集的一些資料，并非我原創但是沒找到出處，很多年以前的資料，可能版本比較古老，僅給大家做個參考。

在有了前幾章知識做鋪墊，這一章我們來學習兩個復合材料分析的例子，加深復合材料分析的理解，也希望讀者能從中收獲一些經驗。在這里將第二章的流程圖再次拿出來，進一步熟悉ANSYS有限元分析的基本過程。

4.1 層合板受壓分析

4.1.1 問題描述

層合板指的是僅僅由FRP層疊而成的復合板材，中間不包含芯材，板材的性能不僅與纖維的彈性模量、剪切模量有關，還與纖維的鋪層方向有著密切關系。本例中的板材有4層厚度為0.025m的單元板復合而成，單元板的鋪層方向為0°、90°、90°、0°，見圖13所示。單元板的材料屬性見表4.1。

表 4.1 單元板材料屬性

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

4.1.2 求解步驟

根據問題描述，所要分析的問題為殼體結構的復合材料板，可以采用SOLID46單元建立3D有限元模型進行分析。結合圖7的一般步驟進行分析。

步驟一：選取單元類型，設置單元實常數

⑴、在開始一個新分析前，需要指定文件保存路徑和文件名。

文件保存路徑GUI：【Utility Menu】|【File】|【Change Directory】見圖14

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

⑵、選取單元類型

1）選取單元類型的GUI操作：【Main Menu】|【Preprocessor】|【Element Type】|【Add/Edit/Delete】，執行后彈出Element Types對話框。

2）在Element Types對話框點擊Add定義新的單元類型，彈出“Library of Element Types”對話框，見圖16所示，按圖中所示選擇，單元類型參考號輸入框中輸入數字1。

1）接下來，還要對單元類型做一些選項設置，點擊“Options”，彈出“SOLID46 element type options”對話框，在“Form of input”下拉選擇列表中有三個選項，分別是各材料層厚度相同、變厚度材料層、自定義宏觀材料本構矩陣，選擇不同的選項，會導致后面需要輸入的材料參數不同。由于本例各層厚度相同，選擇“Const thk layer”項，點擊“OK”，彈出“More SOLID46 element type options”，在K8選項中選擇“All layers”，然后單擊OK，隨后單擊ElementTypes對話框上的Close，關閉該對話框，完成單元類型選擇，見圖18。

⑶、設置單元實常數

單元實常數設置GUI路徑為【Main Menu】|【Preprocessor】|【Real Constants】|【Add/Edit/Delete】，執行后出現Real Constants對話框，單擊Add按鈕，出現Element Type for Real Constants對話框，單擊OK，出現Real Constant Set Number1, for SOLID46，如圖19左圖所示。在NL框中輸入4，表示一共有4層，在LSYM框中輸入1，表示對稱鋪層。

按圖19設置完后點擊OK，出現Real Constant Set Number1, for SOLID46對話框，見圖19右圖所示，按圖中所示進行設置，點擊OK關閉對話框。最后單擊Real Constants對話框上的Close按鈕完成實常數設置。

步驟二：定義材料屬性

與各項同性材料一樣，復合材料在定義材料性質時，需要定義彈性模量、剪切模量和泊松比，所不同的是復合材料需要定義各個方向上的材料性質。定義材料屬性的GUI路徑為：

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

執行完后彈出Define Material Model Behavior對話框，見圖20所示，按圖中所示選擇材料。

選擇完后彈出Linear Orthotropic Properties for Material Number1對話框。見圖21所示。按圖示輸入材料屬性值。在這里做一點說明，ANSYS軟件允許用戶使用任何一套相匹配的單位體系，比如：長度、力、時間、溫度分別采用m、N、s、℃作為單位，或采用英制單位體系。單擊OK關閉對話框，在Define Material Model Behavior對話框上選擇【Material】|【Exit】，結束材料屬性定義。