作者：陳科夫 上海安世亞太結構應用工程師

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如何實現力學分析

ANSYS Mechanical 2021R1短纖維增強復合材料力學特性仿真功能得到了增強，該功能能夠模擬注塑材料的真實和復雜細節，如纖維的方向和零件中存在的注塑應力等。下文主要闡述在Mechanical 2021R1中如何實現短纖維增強復合材料的力學分析。

總體上需要建立圖1的項目流程并分析一個短纖維復合材料注塑而成的簡單模型。其中Material Designer模塊主要計算短纖維復合材料各向異性彈塑性力學性能。Injection Molding Data 為2021R1版本的新增模塊，可以導入專業注塑成型仿真軟件的相應結果，為后續分析提供輸入條件。

圖1

從Component Systems拖入Mechanical Designer、Injection Molding Data兩個模塊。從Analysis Systems拖入Static Structural模塊，并在Static Structural完成基本幾何建模。

第一步示意圖

進入Material Designer > Engineering Data，選擇復合材料基體及纖維的材料，本例選擇Resin Polyamide

/Nylon 66為基體材料，E-Glass為纖維材料。

第二步示意圖

進入Material Designer模塊，Material Designer> Short Fiber Composite > Analytical Model,使用分析模式快速計算均質化平均場參數。

第三步示意圖

在Analytical Model（short Fiber）中進行設置，在Materials中設置基體及纖維材料；

在Setup中設置體積含量、纖維長徑比等參數。在setting中采用默認設置。設置見下圖。

第四步示意圖

在Analyses中選擇Variable Material，編輯可隨區域變化的材料。選擇Sampling Strategy為custom。進入Short Viber Wizard，根據內容提示，可輸入若干取樣方向點，本例取10。本例同時考慮不同的體積含量的組合，在Fiber Volume Fraction前打勾，輸入0.1-0.4:7，并點擊ok。得到如下參數列表。并完成材料計算，退出。

第五步示意圖

將Material Designer鏈接到Static Structure中的Engineering Data，將材料數據傳入工程數據，打開工程數據后，可以直觀的看到復合材料基材、纖維材料的基本數據，纖維方向張量的特征值A11、A22及體積含量等數據。

第六步示意圖

進入Injection Molding Data模塊，Setup>RMB>Edit，導入從第三方注塑成型仿真軟件導出的網格文件和纖維方向張量文件。

第七步示意圖

鏈接Setup至Static Structure---Model，并update。

第八步示意圖

進入Mechanical，設置材料為基體-纖維復合材料，并按下圖步驟導入單元定向向量。

第九步示意圖

進入Materials，按下圖步驟導入A11纖維方向張量特征值分布場。

同理，導入A22纖維方向張量特征值分布場

最終得到A11和A22分布場云圖。

第十步示意圖

添加載荷和邊界條件，并進行求解。得到結果（總位移）。

第十一步示意圖

結語

通過上面這個案例，我們可以初步了解如何通過Mechanical Designer、Injection Molding Data完成短纖維注塑復合材料的仿真。通過該功能，可以考慮纖維分布對材料特性的影響，能夠更真實的模擬結構的力學特性，確保產品的安全性和可靠性。

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