ansys 剛性材料的案例
剛性球撞擊復合材料
1、背景
本項目為采用LSDYNA軟件模擬鋼性球撞擊5層復合材料靶板的模擬。復合材料近幾年研究非常熱，不論從國家層面還是高校等，均大力研究新材料；復合材料仿真分析，尤其是復合材料失效分析，是lsdyna的優勢功能。本文詳細講解了復合材料材料角度、鋪層及失效的詳細控制方法。
2，幾何模型
首先利用workbench的DM建立鋼球及復合材料的幾何模型，然后使用SPDL進行前處理，劃分殼網格，并設置復合材料的層數及厚度，模型如下圖所示。
3，復合材料層數、厚度及角度
復合材料層數、厚度、角度等是復合材料的重點，共5層，每層厚度均為0.1cm，角度分別為0、45、-45、0、45度，可以通過如下關鍵字修改：
*SECTION_SHELL
1 2 0.8333 5.0 0.0 -5.0 1
0.100 0.100 0.100 0.100 0.10
0.00 45.0 -45.0 0.00 45.0
*INTEGRATION_SHELL
5 5 1
4，復合材料本構及失效
采用22號MAT_COMPOSITE_DAMAGE復合材料本構。
展開 彈塑性材料桿件撞擊剛性墻面——瞬態分析
剛性墻為目標單元170
et,3,CONTA174 ! 圓桿接觸面為接觸單元174
keyopt,3,2,0 ! 采用增廣拉格朗日公式
keyopt,3,4,2 ! 接觸檢測點方向為目標面節點方向，在剛性沖擊問題下需要進行該設置
!以提高收斂性，尤其在接觸面幾何不規則，該設置尤為重要，這是因為接觸面幾何不規則，
!會產生不對稱的接觸力，破壞收斂性。
keyopt,3,7,4 ! 沖擊約束下的時間載荷步控制，該設置在沖擊問題下尤為重要，嚴重影響結果的收斂性
keyopt,3,10,2 ! 每一載荷步計算完成后，接觸剛度更新
彈塑性材料設置
mp,ex,1,117e9 ! Young's Modulus for copper bar (Pa)
mp,nuxy,1,0.35 ! Poisson's ration
mp,dens,1,8930 ! Density of copper
tb,biso,1 ! Bilinear isotropic definition
tbdata,1,400e6 ! 屈服應力指定
tbdata,2,100e6 ! 切線模量指定
初始速度加載
ic,all,uz,,-227 !節點上指定初始條件,可指定初始位移、速度
瞬態分析控制
關于求解器的計算方法和積分算法讀者可自行根據問題所需進行設置，對比計算結果。
/soluantype,trans ! Perform a transient
analysisnlgeom,on ! 大變形
trnopt,full, , , , ,HHT !
展開 基于LS-DYNA的復合材料防撞梁正碰剛性墻仿真
輕量化材料主要包括碳纖維、鋁合金、鎂合金、鈦合金、工程塑料、復合材料和高強度鋼等，主要用來改造和替代車身材料。
目標：
本項目采用熱塑性玻纖/PP復合材料對車輛防撞梁進行輕量化，保證前防撞梁總成（不含安裝螺栓）重量在5Kg以內，達到降重目的。
結構方案：
吸能盒及連接件等仍采用傳統金屬材料（鋁合金6060），將防撞梁改為GF/PP復合材料，材料屬性如下：
方案一：防撞梁完全采用復合材料。復合材料抗沖擊性能較差，完全采用復合材料風險較大。
方案二：防撞梁采用復合材料及鋁合金結合。外側框架采用鋁合金，內側采用波紋狀復合材料，增強其抗剪能力。
碰撞方式：
針對方案進行正碰等效剛性墻試驗：將除防撞梁與吸能盒之外的車體簡化為一長1.2m寬0.5m的方形剛性板，配重1.5t，其中間位置放置加速度計，并以10 km/h速度撞向固定的剛性墻，
方案一結果：
由于復合材料抗沖擊性能較差，針對復合材料防撞梁進行剛性墻碰撞仿真，其結果如下圖：
可以看出，防撞梁碰撞后損傷比較嚴重，在預料之中。此方案不予以考慮。
方案二結果：
由圖可看出前防撞梁碰撞總能量578KJ，473KJ的能量轉化為內能，82%的能量被吸收。
吸能盒吸收能量334JK，吸能盒變形39mm，變形量為63.5%。
纖維復合材料密度較小，單向力學性能較好，在輕量化方向有著非常好的前景。但纖維復合材料壓縮，抗沖擊等性能較差，本項目主要想通過復合材料防撞梁來探討纖維復合材料在沖擊工況下的應用，尋找到一種可行的應用方式，為汽車輕量化提供一種新的應用方向。
展開 剛性基礎三維仿真分析(土體為DP材料)
某一剛性基礎，上有方柱，假設在方柱上部有一分布載荷，求基礎及周圍土的受力分布情況。整個模型都埋在土下。
基本參數如下：
（１）方柱及剛性基礎均為混凝土材料：彈模E＝2.5ｅ10，泊松比為0.16，密度為2700。
（２）土為DP材料：彈模E＝1.0ｅ7，泊松比為0.45，密度為2000.
粘聚力C＝10，內摩擦角30，膨脹角30
?。ǎ常┩廨d：樁頂分布力Q=50,重力加速度為9.8
命令流程序為：
/cle
/prep7
/title,zhuang,h-method
et,1,plane42
et,2,solid45
mp,ex,1,2.5e10 !混凝土材料屬性
mp,nuxy,1,0.16
mp,dens,1,2700
mp,ex,2,10e6 !土體材料屬性
mp,nuxy,2,0.45
mp,dens,2,2000
tb,dp,2 !土體本構模型
tbdata,1,10,30,30
!建立關鍵點
k,1
k,2,1.5
k,3,1.5,0.4
k,4,1.1,0.4
k,5,1.1,0.8
k,6,0.7,0.8
k,7,0.7,1.2
k,8,0.3,1.2
k,9,0.3,2
k,10,0,2
k,11,4,2
k,12,4,0
k,13,4,-2
k,14,0,-2
k,15,0.3,3
k,16,0,3
!
展開 
【塑料界黑科技】LCP塑料：高耐溫、高剛性，一次了解這種神奇材料！
圖1：三種型態LCP 液晶高分子的分子鏈結構
I 型LCP 塑料的分子鏈特性是高剛性、高線性與高比例芳香族苯基組成；II 型LCP 塑料的分子鏈特性是剛性與高比例芳香族苯基組成，但結構還包含曲軸轉動，具有側基與形成分子鏈糾結；而III 型LCP 塑料的分子鏈特性是包含半剛性較柔軟的脂肪族間隔官能基結構。依照ASTM 的標記順序，I 型的耐熱性最好，熔點與加工溫度也最高，相對地亦較難加工，其抗張強度及彈性率亦是LCP 中最高者，一般的荷重熱變形溫度約在260~355℃之間；II 型的耐熱性與一般的工程塑膠比較起來，仍屬于較優者，而加工性質亦受好評，對一般射出成型機皆可使用，是LCP 材料中最普遍化的規格，一般的荷重熱變形溫度約在200~250℃之間；III 型的耐熱性最低，但加工性極為優良，其耐熱性偏低的缺點，可以借由玻璃纖維強化來加以彌補，一般的荷重熱變形溫度約在100~160℃之間。
某些等級的Xydar? 是I 型LCP 材料的示例。它們可以由雙酚、羥基苯甲酸(HBA) 和對苯二甲酸的聚合反應制得，但不能單獨使用羥基苯甲酸，因為所得聚合物的熔點(Tm) 將會非常高。即使使用這些共聚單體，所得的全對位結構也需要相對較高的加工溫度。若合成反應時通過引入2,6 位置的萘單元（例如基於羥基萘甲酸(HNA)、二羥基萘或萘二酸）進行生產則可生成II 型LCP 材料，Vectra? A 便是II 型LCP 材料的一個代表性例子。HNA 的作用是破壞對氧苯甲?；鶈卧慕Y構，借由這項技術可降低熱變形溫度(HDT)、降低加工溫度，并改善流動性能。在進一步的合成變化中，可以添加氨基苯酚以產生聚酯酰胺。III 型LCP 材料可以包含脂肪族聚酯單元，從而改善了流動性，但降低了HDT。例如Unitika 開發了基於聚對苯二甲酸乙二酯和HBA 共聚物的材料。
展開 科學家研發出超材料：可從柔性“秒變”剛性
美國研究人員使用機械超材料（具有自然界中不存在的獨特機械性能）開發出一種新型材料，可響應磁場從柔性變為剛性，在智能可穿戴設備和柔性機器人中具有廣泛應用前景。
當前的機械超材料有著吸引人的特性，如負熱膨脹，低重量時的高強度和高剛度。但一旦構建完成，其屬性將無法更改或調整。美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室和加州大學圣地亞哥分校共同開展的新項目，旨在利用磁場創造一種具有動態可調機械特性的機械超材料，同時又不會引起顯著的形狀變化。
他們采用了所謂的4D打印技術，其得名于3D打印物體可隨時間改變形狀，時間是第四維度。通常，這種類型的結構會對刺激（熱、水化作用或磁場）作出響應而改變形狀。
研究人員開發的場響應超材料（FRMM）可根據磁場的變化改變其性質。然而，與典型的4D打印材料不同的是，其不會改變整體形狀，而是改變剛度。
其制造過程是，首先通過3D打印制作機械超材料，該材料由空心梁而非典型的實心梁構成。打印出中空管狀超材料后，將磁流變流體注入梁芯，完成場響應超材料的制造。磁流變流體由磁性顆粒構成，懸浮在非磁性介質中。當流體存在磁場時，磁性粒子沿磁場線排列成鏈，增加了流體的剛度，從而同時增加了整體結構的剛度。當磁場被移除時，流體表現為液體，能夠自由流動。
研究人員表示，這種磁機械效應不僅僅是一個開關響應，結構的剛度還可通過施加的磁場強度進行調整。通過仔細選擇管狀結構，場響應超材料的機械性能可在不到一秒的時間內顯示出高達318%的拉伸剛度。
研究人員認為，場響應超材料可用作柔性機器人中的可變剛度接頭，并可集成到智能可穿戴設備中，這些可穿戴設備在沒有磁場的情況下是靈活的，但在檢測到威脅時可改變屬性以吸收沖擊或振動。
（來源：科技日報）
展開 基于LS-DYNA的復合材料防撞梁正碰剛性墻仿真
纖維復合材料密度較小，單向力學性能較好，在輕量化方向有著非常好的前景。但纖維復合材料壓縮，抗沖擊等性能較差，本項目主要想通過復合材料防撞梁來探討纖維復合材料在沖擊工況下的應用，尋找到一種可行的應用方式，為汽車輕量化提供一種新的應用方向。
通過本次仿真結果可看出，單純使用纖維復合材料作為防撞梁主體，碰撞過程中很容易產生損壞，可實施性不高。通過金屬與纖維復合材料結合的方式，發揮金屬與纖維復合材料各自的優勢，可達到很好的使用效果。
來源于：ANSYS
南京大學用石墨烯制備出高強度的剛性自修復材料！
利用該材料打印出來的產品受損之后可以快速修復，通過打印小物件然后利用自修復技術能夠將小物件組裝成一體化的大物件，同時打印出來的產品具有各向同性的機械力學性質。因此，利用自修復材料可以將傳統磚塊堆砌方法和現代3D打印技術的優勢結合起來，使3D打印更加隨心所欲！
圖三：PDMS-COO-Zn聚合物的熱愈合和再成形性能
同時，該材料還可用于醫用外固定支架。外固定材料是臨床骨科與矯形外科常用的消耗性醫用衛生材料。石膏繃帶是目前臨床最常用的外固定材料之一。其主要優點是對皮膚無毒副作用，強度較高，操作時水溫低。然而，石膏繃帶存在著許多缺陷，如：透X射線性差、透氣性差、質量重等，此外，打石膏時操作復雜，給醫護人員帶來許多不便。該研究獲得的高強度剛性自修復材料在能夠加熱修復的同時，還具有優良的溫敏性質：常溫下強度非常高，類似于熱固性材料；而在加熱時（50-70℃）又具有熱塑性材料的性質，可以反復加工。從而可以作為外固定材料在臨床骨科與矯形外科中應用。相比于同類材料，該材料具有諸多優點，例如成本低，跟石膏繃帶不相上下；熱變形溫度低，制作使用方便，并且可以適應人體任何部位的形狀；強度高，硬度較大且硬化后不變形；對皮膚無毒副作用；質量輕，不怕水，透氣，不影響傷員的日?；顒樱豢煞奖悴鹦逗脱h利用等。
PDMS-COO-Zn聚合物的應用
來源：先豐納米
展開 如何在ANSYS WORKBENCH中區分剛性位移與變形位移？
如何在ANSYS WORKBENCH中區分剛性位移與變形位移？
青島大學馬麗春課題組：通過構筑具有剛性-柔性分層結構的優異的多級梯度模量界面層改善碳纖維/環氧樹脂復合材料的界面性能
碳纖維增強聚合物基復合材料具有質輕、高比剛、高比強、易于加工和耐高溫等優勢，而廣泛用于國防武器、航空航天、汽車、高鐵、高檔民用制品等領域中。碳纖維和環氧樹脂基體之間的界面粘合對于復合材料的整個機械性能至關重要，因為出色的界面可以確保應力均勻傳遞并防止進一步的裂紋擴展。然而，碳纖維表面光滑，且呈化學惰性，導致纖維與基質之間的吸附和潤濕性差，并且應力不能確保從基質均勻地轉移至碳纖維，導致復合材料的界面強度弱。
目前，國內外研究人員為了更有效的提高碳纖維/樹脂基體的界面粘合性能，通常選擇支鏈大分子(PAMAM，POSS，APS)與納米粒子(GO，CNTs)相結合的方法，在碳纖維表面構筑“柔性-剛性”多尺度增強結構。然而，存在以下科學問題：(1)支鏈大分子的位阻效應導致納米粒子在碳纖維表面的接枝密度低，從而限制了碳纖維和環氧樹脂之間的機械嚙合作用、化學鍵合作用和相容性。(2)納米粒子的模量遠高于基體，難以及時徹底地消除界面區域的應力。通常，碳纖維和基體之間的最佳模量匹配有利于提高碳纖維復合材料的界面粘合強度。然而，很少有工作闡述多級梯度模量中間層以及它們如何對碳纖維復合材料的界面性能產生有益影響。
基于上述背景，
青島大學材料科學與工程學院馬麗春副教授課題組
利用氧化石墨烯和PA在碳纖維表面構筑了具有“剛性-柔性”分層增強的多級梯度模量界面層，如圖1所示。此研究是通過簡單高效的酯化反應接枝氧化石墨烯，然后利用CF-GO表面的活性基團酰氯化，再通過己內酰胺陰離子聚合反應生成PA。
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
在E模塊下雙擊Engenering Data，找到材料數據庫，對模型材料進行設置，添加碳纖維（Carbon Fiber 290）、環氧樹脂（Epoxy Carbon UD 230）和PVC Foa 60材料。
4. 定義材料的彈性模量、泊松比等屬性。
5. 回到mechanical界面，更新材料，確保材料屬性正確加載。
6. 設置材料厚度，因后期ACP還會添加，可以隨意設置，確保系統不報錯即可。
2.3 網格劃分
1. 網格尺寸設置：在ANSYS ACP中，網格劃分是復合材料分析的重要步驟。首先，根據幾何模型的復雜程度，設置合理的全局網格尺寸，確保網格既能捕捉細節又不會過于密集。對于關鍵區域（如蒙皮與肋板接觸處），可進行局部網格加密。使用殼單元（Shell Elements）進行劃分，確保層間應力分析的準確性。劃分后需檢查網格質量，避免畸形單元，確保計算結果的可靠性。實際項目中為了計算準確網格可以劃分得密一些，練習時為提高計算速度可以將網格尺寸設置相對大一些，比如該案例可以設置為10mm。
2. 網格生成：生成網格并檢查網格質量，避免畸形單元或過度扭曲，若網格質量不滿足要求，可通過局部加密或調整尺寸進行優化，確保計算結果準確可靠。
3. 命名選擇：為幾何模型中的特定區域或部件（如蒙皮、肋板等）創建明確的標識，以便在后續分析中快速定位和應用相關設置。可以通過右擊模型，選擇Named Selection，為蒙皮、肋板等部件創建命名（盡量使用英文）。
展開 
如何在ANSYS中擬合橡膠材料曲線？ 附Ansys橡膠材料的粘彈性本構模型下載
STEP 1：選擇材料庫中hyperelastic experiment data 選擇要輸入的材料曲線類型，例如單軸測試數據、雙軸測試數據、剪切測試數據。可只輸入一種或者兩種，或者三種都輸入。數據越多，擬合數據材料性能越接近實驗材料性能，當然也和仿真關注的材料行為有關。
STEP 2：在材料曲線表格里輸入或者直接粘貼材料曲線數據，注意是工程材料曲線。
STEP 3：從hyperelastic模型本構中拖動需要擬合的材料本構模型到材料中，此時可以在材料橡膠本構模型中發現curve fitting選項。
STEP 4：右鍵curve fitting，選擇solve curve fit，擬合好后，然后選擇copy calculated values to property，擬合參數便復制到定義的橡膠本構模型中了。另外，擬合的曲線和實驗曲線均會在圖片中顯示出來，可以對比其重合度，測試哪種本構更適合。
下載地址：Ansys橡膠材料的粘彈性本構模型
展開 如何在ANSYS中擬合橡膠材料曲線？ 附Ansys橡膠材料的粘彈性本構模型下載
STEP 1：選擇材料庫中hyperelastic experiment data 選擇要輸入的材料曲線類型，例如單軸測試數據、雙軸測試數據、剪切測試數據?？芍惠斎胍环N或者兩種，或者三種都輸入。數據越多，擬合數據材料性能越接近實驗材料性能，當然也和仿真關注的材料行為有關。
STEP 2：在材料曲線表格里輸入或者直接粘貼材料曲線數據，注意是工程材料曲線。
STEP 3：從hyperelastic模型本構中拖動需要擬合的材料本構模型到材料中，此時可以在材料橡膠本構模型中發現curve fitting選項。
STEP 4：右鍵curve fitting，選擇solve curve fit，擬合好后，然后選擇copy calculated values to property，擬合參數便復制到定義的橡膠本構模型中了。另外，擬合的曲線和實驗曲線均會在圖片中顯示出來，可以對比其重合度，測試哪種本構更適合。
下載地址：Ansys橡膠材料的粘彈性本構模型
展開 80種ANSYS常用材料的參數化文件，以及自定義材料庫模板，實現快速定制化材料庫。
80種ANSYS常用材料的參數化文件，以及自定義材料庫模板，實現快速定制化材料庫。
免費下載數據庫，請先關注并點贊哦。
ANSYS_Material_Database.zip
ANSYS單元類型選擇方法 附ansys結構單元與材料應用手冊下載
六、單元類型選擇方法
7.進行完前面的選擇工作，單元類型就基本上已經定位在2-3種單元類型上了，接下來打開這幾種單元的幫助手冊，進行以下工作：
仔細閱讀其單元描述，檢查是否與分析問題的背景吻合、
了解單元所需輸入的參數、單元關鍵項和載荷考慮；
了解單元的輸出數據；
下載地址：ansys結構單元與材料應用手冊
