復合材料鋪層優化的案例
碳纖維復合材料防撞梁鋪層角度優化
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汽車用碳纖維復合材料防撞梁鋪層角度優化
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基于HyperWorks的無人機復合材料翼梁結構優化
解決方案：多學科優化
首先確定翼梁上承受的載荷和邊界條件，使用拓撲優化技術對翼梁的結構進行優化計算。結果表明，翼梁使用中空的矩形截面仍能滿足性能要求。
然后使用AltairOptiStruct的復合材料優化技術對矩形翼梁結構中不同角度如正負45度和90度的鋪層進行優化。鋪層形狀優化技術將首次應用到鋪層角度的優化上。
最后進行鋪層尺寸的優化，優化過程中除了應用應變和屈曲約束，還用到Multi-continuum理論（MCT）的失效準則。MCT通過將鋪層整體的應力應變分割成各組成部分（纖維和基體）的應力應變的方式來研究復合材料結構中的微觀力學。這 將允許使用不同的失效理論研究纖維和基體來獲得每個組成部分的力學特性。由于MCT與有限元方法易于集成的特點， FireholeTechnologies公司已將其開發成商業軟件HeliusMCT，并集成在幾種有限元軟件包中。
來自Altair多學科優化軟件HyperStudy的響應面優化技術將用來處理包含非線性有限元分析和multi-continuum理論的多學科優化問題以獲得復合材料鋪層最優的尺寸。
優化結果：減重50%
優化結果表明：翼梁的重量可以減少至原始設計的50%。輕量化設計首先來自于可將翼梁設計成中空矩形截面梁結構的拓撲優化，然后引入鋪層角度的概念，通過鋪層角度優化進一步減輕結構重量。最后在優化過程中使用MCT失效準則，使最終的設計方案滿足總體應變、撓曲以及失效約束。
這一過程表明：在復合材料結構設計過程中使用多學科優化技術可以獲得更加輕便的結構，使用復合材料鋪層形狀優化加上響應面優化和multicontiuum理論將獲得輕量化的結構并且滿足微觀力學水平的失效約束。
展開 基于Optistruct的復合材料B柱外板的自由尺寸優化
采用高強輕質材料是實現汽車輕量化的主要途徑之一。碳纖維增強復合材料( CFRP) 因其具備較高的強度、比剛度以及良好的吸能性，逐漸成為理想的車身替代材料之一。因此本次優化作品對某汽車B柱外板進行自由尺寸優化。
B柱靜力學分析
B柱的作用除了起支撐外，還主要承受汽車側面的碰撞保護行人的安全，因此對B柱的抗彎性進行分析極為重要。本作品以固支梁的形式，如圖1所示，兩端固定，在B柱外板中間施加1200N 的均布載荷，進行分析再對其進行優化。
圖1 受力模型
B柱外板總厚度為2.4mm，一共鋪設8層CFRP，每層后0.3mm，鋪層角度順序為[0°/90°/45°/-45°]2，如圖2所示，CFRP 的材料屬性見圖3。
圖2 鋪層設置
圖3 材料屬性
求解得到圖4的位移云圖，發現最大位移再邊緣處為3.142mm。
圖4 位移云圖
2.優化設計
本作品以質量最小為優化目標，約束條件為最大位移為3mm，對復合材料鋪層厚度進行優化。在optimization界面里free size里設計變量，設置最小成員尺寸為5mm，設置每層的厚度為最小為0.2mm，每層百分比范圍在10%~60%之間，±45°層設置對稱平衡設置，如圖5所示。
展開 
ANSYS ACP復合材料鋪層固定機翼蒙皮肋筋仿真，附講解視頻及模型文件 ￥98
涉及ACP復合材料鋪層，后處理， Tsai-Wu 準則等相關設置方法。過程詳細，結果結果合理。相關復合材料鋪層均可使用該文檔方法設置完成。
附帶詳細講解視頻和案例模型
1. 概述
本指導文檔旨在幫助新手使用?ANSYS Composite PrepPost（ACP）模塊進行復合材料的分析。本教程以機翼蒙皮為案例，結合本教程，您將學習如何創建復合材料模型、定義材料屬性、設置鋪層、進行網格劃分、施加載荷和邊界條件，并最終求解和分析結果。
2. 操作流程
2.1 幾何處理
1. 幾何導入與處理：
o 在 SpaceClaim 或其他三維軟件（如CATIA、SolidWorks、Inventor等）中對幾何模型進行預處理，確保模型的完整性和準確性。
o 對于機翼蒙皮和肋板等復雜結構，需將蒙皮和肋板分割為獨立的面或體，以便后續定義接觸關系和鋪層順序。在接觸區域（如蒙皮與肋板的連接處），需進行精確的幾何分割，確保接觸面清晰且邊界明確。
o 為了便于共節點識別或接觸定義，可在接觸區域生成輔助線或面，確保網格劃分時節點對齊，避免因網格不匹配導致計算錯誤。
2.2 材料定義
1. 在左側Component Systems找到ACP模塊，拖拽到A模塊下Gometry下，這樣可以利用前面已有的模型。
2. 雙擊E模塊下的model，打開mechanical界面。
3.
展開 彈丸侵徹碳化硅陶瓷/纖維復合材料靶板，對稱模型、復合材料鋪層、材料方向、粘結接觸、無反射邊界設置 ￥9.9
Altair網絡培訓——Altair大學生方程式賽車輕量化設計解決方案
主題：Altair大學生方程式賽車輕量化設計解決方案
時間：2016年4月27日14:00 ~ 16:00
內容介紹：Altair是世界領先的工程技術開發者，其HyperWorks系列軟件是一套杰出的CAE仿真平臺，它整合了一系列一流的工具，包括建模、分析、優化、可視化、流程自動化和數據管理等解決方案，在線性、非線性、結構優化、流固耦合、多體動力學、流體動力學等領域有著廣泛的應用。本期研討會將著重介紹Altair在方程式賽車輕量化設計方面的應用：
? HyperMesh高效前處理技術
? OptiStruct結構優化、復合材料鋪層優化設計技術
? Altair多物理場求解技術
? 方程式賽車輕量化設計相關應用
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中國大學生方程式汽車大賽2016賽季活動方案
展開 NX復合材料 與Fibersim交換鋪層信息
***算例與Fibersim交換鋪層信息（Exchanging ply data with Fibersim）
原始文件：radome_fem.fem
（路徑：NXLC_Dec2013\NXLCTurorial_exercices\student_home\parts_nastran）
分析類型：前處理
3D模型：雷達罩
算例概述：
從Fibersim中導入鋪層，利用幾何特征（鋪層邊界）劃分已有幾何體，使之更貼合導入的鋪層；檢查導入的鋪層，通過修改導入設置使得鋪層保持在面內，顯示材料方向，給某些特定單元加補丁。
操作視頻鏈接：
百度網盤：http://pan.baidu.com/s/1nvRHk9N
優酷：
展開 ANSA在復合材料鋪層設置中的應用
ANSA在復合材料鋪層設置中的應用
復合材料是一類新型材料，其強度高、剛度大、質量輕、并具有抗疲勞、減振、耐高溫、可設計等一系列優點，近50年，在航空、航天、能源、交通、建筑、機械、信息、生物、醫學和體育等工程和領域廣泛應用。ANSA可以方便快捷的檢查和修正復合材料模型的材料方向及鋪層信息，并可以導出信息報告和CAD模型。
問題描述
本文利用方便簡捷的ANSA鋪層工具，檢查和修正基于NASTRANPCOMPG定義的一個鋪層模型。
詳情見附件：
博文—ANSA在復合材料鋪層設置中的應用.pdf
展開 一種基于PLY復合材料鋪層快速建模方法 ￥50
背景：
復合材料是由性質不同的增強相和機體組合而成的一種材料，在復合材料制造過程中，往往需要對復合材料結構件進行剛度、強度等計算，從而根據仿真結果修正結構設計。碳纖維復合材料鋪層建模是仿真重點，現有的碳纖維復合材料鋪層建模方法為：對結構件的三維模型抽取中面，對中面劃分2D網格，基于網格定義鋪疊方向和材料方向，按照鋪層設計進行層合板建模，其中基于ply建模方法需要人工的方式逐層定義鋪層區域，材料以及鋪層方向，最終得到有限元模型。需要在創建中定義形狀，有多少實際的物理單層，即要建立多少不同的ply，現有建模方法不僅需要耗費大量的人力，而且建模過程時間長，建模效率低下，容易產生錯誤。
本文提供一種有限元建模方法，用以解決現有鋪層建模方法需要耗費大量的人力，建模過程用時長，建模效率低下的問題。
展開 碳纖維復合材料鋪層對應力集中的影響
基本結論就是：0°鋪層越多，應力集中越嚴重，±45°鋪層起到降低應力集中的作用。
事實上，帶缺口層合板的拉伸強度與鋪層關系相當復雜。由于缺口尖端的層劈裂和分層等損傷形態的組合，會降低應力集中，從而提高層合板的剩余強度。
應力集中對碳纖維復合材料靜強度的影響
碳纖維復合材料與金屬材料變現的性能差異比較大。對于金屬材料來講，應力集中達到屈服強度時，會產生松弛現象，可以緩解應力集中。而碳纖維復合材料屬于脆性材料，幾乎不存在塑性變形，所以不會產生局部松弛現象緩解應力集中。所以，一旦應急集中達到極限強度時，就會使纖維斷裂。因此，應力集中會對碳纖維復合材料強度造成顯著的降低作用。
所以，碳纖維復合材料結構設計過程中，應注意產生應力集中的細節，避免出現尖銳的變形。如果有變形，應該進行緩慢過度，或者增加倒圓角，緩解應力集中。
在靜強度驗證中，應力集中是一個值得特別注意的地方，所有進行形狀變換和打孔的地方，都要進行應力集中分析，避免這些細節產生嚴重的安全問題。
展開 
干貨 | ANSYS ACP在復合材料鋪層設計中的應用
復合材料憑借其重量輕、強度高、加工成型方便、彈性優良、耐化學腐蝕和耐候性好等優點，廣泛應用于航空航天、汽車、電子電氣、建筑、健身器材等領域，已逐步取代木材及金屬合金，在近幾年更是得到了飛速發展。對復合材料產品力學性能（結構強度和疲勞壽命等）的計算評估目前比較流行的解法是CAE分析法。
ANSYS ACP是一款專用的復合材料前后處理工具，在前處理鋪層信息定義和后處理結果查看環節中都有著簡潔高效和人性化的設置操作。本文主要介紹ANSYS ACP在復合材料鋪層設計中的操作流程和ACP工具的一些重要功能，希望對復合材料行業的工程師們能夠有所幫助。
1.ANSYS ACP分析流程
ANSYS ACP分析流程一般分為三個環節，即前處理（鋪層信息定義）、邊界載荷設置和后處理（包括失效模式定義和結果查看）。分析流程如圖1.1所示，Workbench中的分析流程如圖1.2所示。
展開 LSPP前處理教程和復合材料鋪層設計資料 ￥5
基于復合材料定義的官方教程 介紹篇 ,見附件
2. LSdyna復合材料的關鍵性設置, 設置篇 ,見附件
3. http://www.lstc.com/lspp/content/tutorials.shtml lsdyna的通用教程
此外
ANSYS ACP 復合材料鋪層無人機結構仿真，附帶詳細講解視頻和案例模型 ￥158
涉及ACP復合材料鋪層，后處理等相關設置方法。過程詳細，結果合理。相關復合材料鋪層均可使用該文檔方法設置完成。
附帶詳細講解視頻和案例模型
復合材料因其高比強度、可設計性強等特點，在無人機輕量化結構中應用廣泛。本文基于ANSYS軟件平臺，詳細闡述復合材料無人機結構仿真的全流程操作，涵蓋幾何處理、材料定義、鋪層設計、載荷施加及結果驗證等關鍵環節。通過本文，用戶可系統掌握復合材料結構仿真技術，優化無人機設計，確保結構安全性與可靠性。
幾何模型預處理
抽殼處理（Shell Extraction）無人機結構多為薄壁殼體，需將實體模型轉換為殼單元以提升計算效率。操作路徑：Geometry > 右鍵部件 > 選擇“抽殼”，輸入設計厚度（如0.2mm）。
注意事項：抽殼后需檢查面法向方向（Tools > 面法向），確保所有面外法向一致，避免后續分析中出現應力方向錯誤。對于多曲面模型，抽殼可能導致局部厚度不均，需通過“偏置面”功能手動調整。
細節簡化，刪除非關鍵特征：移除直徑小于2mm的孔、倒角及裝飾性結構（選中孔邊緣 > Delete）。
合并面：針對相鄰面片，使用“合并面”工具（Tools > 合并面）消除微小間隙或尖角。案例：機翼與機身連接處常存在微小面片，合并后可提升網格質量。若模型關于XY平面對稱，可僅處理單側結構，再通過鏡像生成整體（Tools > 鏡像）。鏡像驗證：鏡像后需檢查對稱面是否完全貼合，避免因公差導致網格不連續。
刪除冗余部件，移除內部支撐管、非承重連接件等，僅保留主承力結構。示例：無人機起落架安裝座若與靜力分析無關，可直接刪除以簡化模型。
接下來我們將進行建模處理，首先打開軟件，主要工作是劃分網格并進行命名。
展開 HyperMesh Optistruct模板下復合材料鋪層屬性創建 ￥5
在HyperMesh Optistruct模板下復合材料屬性主要有PCOMP、PCOMPG、
PCOMPP三種方式進行模擬，本文主要講述這三種屬性的建模方式。
PCOMP屬性：
PCOMP屬性卡片
厚度顯示
創建方式
在模型樹右鍵—>Create—>Property
設置屬性名稱，更改屬性卡片類型為PCOMP
在模型樹上右擊該屬性，選擇CardEdit
HyperMesh面板上會出現如下面板，輸入復合材料層數（1位置處），然后設置屬性參數（2）處。
設置每一層的材料、厚度、鋪層角度即可。
最后將創建的屬性與零件關聯即可。
零件關聯：選擇需要更新屬性的零件（1）、設置其屬性（2）、單擊updata（3）即可。
PCOMPG創建方式與此類似，只是多了一個全局鋪層的ID號。
需要注意的是，PCOMP、PCOMPG都無法顯示出每一鋪層具體的區域，如果要顯示每一鋪層對應的區域（如下圖）則需要通過PCOMPP模擬，具體創建方式下期再講。
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