ansys復合材料熱分析的案例
直播預告 | MSC Nastran復合材料熱分析及熱機耦合分析
精彩直播預告
復合材料憑借輕質、高強度、優異的抗疲勞性能和復雜外形成型能力，在航空航天、汽車等工業領域應用廣泛。然而，其各向異性特性在高溫環境（如氣動加熱、發動機熱載荷、太空極端溫度循環）下帶來嚴峻挑戰：熱膨脹不協調、熱應力集中、層間失效風險陡增。
傳統分析方法難以精確模擬此類材料復雜的各向異性熱傳導和非線性熱力耦合行為，往往導致設計過度保守、試驗成本高昂且失效風險難以有效控制。因此，如何精準預測復合材料在熱載荷作用下的變形與應力分布，成為提升其可靠性的核心難題。
熱傳遞的4個類型
為應對這一挑戰，海克斯康工業軟件旗下的有限元結構分析軟件MSC Nastran在復合材料熱分析及熱-力耦合分析領域表現卓越。MSC Nastran憑借其在熱傳導模擬、熱-力耦合分析、性能失效評估等方面的強大能力，將有效突破復合材料熱力學分析的瓶頸，助力提升設計精度與產品可靠性。
本期直播講堂請到了海克斯康結構仿真軟件應用專家李坤鵬，在直播間中講師將重點講解MSC Nastran在復合材料熱分析及熱機耦合分析方面的各項功能，并以多個應用案例展示其在解決復合材料熱力學分析難題的創新之處。敬請關注！
直播報名
8月21日 14:00
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立即預定
直播內容聚焦
? 熱傳導模擬：精準預測復合材料結構內部溫度場分布
? 熱-力耦合分析：高效求解溫度梯度引發的熱應力與熱變形
? 性能與失效評估：識別熱環境下的潛在高風險區域
李坤鵬
海克斯康結構仿真軟件應用專家
精通結構有限元分析，有豐富的工程項目經驗，參與完成的重大項目包括：飛機適航強度分析、貨機改裝強度分析、復雜電機傳動產品失效分析與對標。
展開 第三屆熱塑性復合材料國際研討會-江蘇君華特塑攜連續CF/PEEK熱塑性復合材料參加
▲ 劉傳軍博士，中國商飛，熱塑機身壁板原型原位成型技術研究
報告總共31篇，涉及PEEK聚醚酮類報告有20余篇，內容涉及纖維上漿劑改性、樹脂與纖維結合界面控制、凝聚態結構調控、焊接和粘接、復合材料制作、復合材料應用發展、復合材料裝備、無損檢測、損傷機理研究等。PEEK材料作為特種工程塑料的典型代表，與纖維復合，性能更加優異。對比傳統的鈦合金材料，密度低，可以實現明顯減重；對比傳統熱固性復合材料，韌性好，耐疲勞、耐濕熱穩定性好、可回收，迎合了航空航天、軍工、醫療、以及特殊行業的需求。
▲朱姝博士，東華大學，航空熱塑性復合材料基體凝聚態結構調控及其工程應用
研討會中匯報了不少針對熱塑性研究的典型案例。其中合作單位東華大學朱姝博士匯報的題目為“航空熱塑性復合材料基體凝聚態結構調控及其工程應用”，從構筑PEEK樹脂基體狀態的變化理論分析研究，提高復合材料的性能。通過PIF方法，實現PPS、PEEK基體強韌化，強度提高1.5-2倍，韌性提高2-4倍。后續若該方法用于生產之中，相信未來復材性能將進一步提高。
連續CF/PEEK復合材料作為業界研究的熱點，各項性能數據正在完善，相關機理的研究也在逐步深入，行業對連續CF/PEEK復合材料的認知也在逐漸加深。
▲ 安學峰高工，航空工業，熱塑性復合材料民機結構件的高效率、高質量、低成本制造
▲ 丁浩亮高工，航天材料及工藝研究所，高性能熱塑性復合材料在航天器結構件中的應用需求和實踐
▲ 鄭潔高工，航空工業，熱塑性復合材料層板失效預測研究
03、江蘇君華特塑
▲ 江蘇君華特塑展位
江蘇君華特種工程塑料制品有限公司一直參加由SAMPE組織承辦的熱塑性復材展會和復材國際研討會。今年既作為參展單位，又作為匯報單位。本次展示的產品是江蘇君華復材系列的商標產品（PEEKFRTP?和JHFRTP?）。
展開 基于comsol的復合材料熱變形仿真分析 ￥2890
</p><p><br></p><p><img src="https://www.yqgqt.org.cn/platform/static/ueditor/dialogs/attachment/fileTypeImages/icon_rar.gif"><a href="https://oss.jishulink.com/upload/201908/975a93ce59b74762879c9618aad88727.rar" rel="noopener noreferrer" target="_blank" style="color: rgb(0, 102, 204);">復合材料變形.rar</a></p><p>本模型分析了一款V型的雙層復合材料熱變形過程，雙層復合材料力學熱學性能不同，在一定的溫度作用下產生張角變形。 通過研究不同溫度，不同V型初始角度等情況下的變形，找到符合需求的邊界條件和幾何模型，指導實驗。</p><p> 本模型采用了固體傳熱、固體力學和微分代數方程。</p><p><br></p><p>復材固化的溫度邊界條件 。
展開 Abaqus 復合材料雷擊后的電-熱-力多場耦合分析
當復合材料遭遇雷擊時，復合材料會同時受到電-熱-力的耦合作用。根據焦耳熱定律，雷電流流過時由材料電阻產生的大量焦耳熱量使材料溫度上升，導致材料出現燒蝕損傷。燒蝕損傷也會使材料的導電性和導熱性能降低。受到雷擊作用后，復合材料的性能必然會下降，因此還需要對雷擊后復合材料的剩余強度進行分析，定量計算雷擊對復合材料承載力的影響。
對復合材料的雷擊分析可以分為兩個步驟：1 電-熱強耦合分析，2 考慮初始燒蝕損傷的復合材料漸進損傷分析。
電-熱強耦合分析
電流流過導體的過程中，所耗散的能量會轉化為熱能，即產生焦耳熱。電場控制方程為
電流流過導體耗散的能量可以通過焦耳定律描述
熱流密度可以表示為
這里假設耗散的電能全部轉換為熱量，則ηv=1.
熱傳導方程可以用下式描述
美國軍用標準給出了雷電載荷的波形
選取電流幅值最大的A段作為初始雷擊進行分析，A段電流可以用下式描述
A段電流波形如下
最后
建立如圖所示的平板進行電-熱耦合分析
可以得到平板中心點處不同時間的溫度分布如圖所示
考慮初始燒蝕損傷的復合材料漸進損傷分析
通過電-熱耦合分析得到溫度場后，可以根據溫度場確定雷擊導致的燒蝕區域。通過USDFLD子程序標記燒蝕的單元，并將其損傷設置為1.然后結合UMAT子程序，采用hashin準則https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1206124對含初始損傷的復合材料平板進行漸進損傷分析，以獲得其剩余強度。計算得到的損傷云圖和載荷位移曲線如圖所示。
可以發現，在拉伸載荷作用下，復合材料從雷擊點處開始發生破壞，失效過程與中心開孔板類似。通過修改不同的電流峰值，可以定量得到雷擊對復合材料強度的影響。
展開 
Ansys復合材料結構分析總結（分析篇）
復合材料強度準則
復合材料結構的受力及應力應變情況非常復雜，并要考慮各種應力應變的耦合和相互影響，復合材料強度破壞準則基于結構的宏觀破壞，一般來說復合材料的二次蔡-吳強度破壞準則較為精確。有興趣的朋友可以參考科學出版社出版的蔡為侖先生的《復合材料設計》這一本書。
3． 復合材料結構剛強度分析
一般說來，復合材料結構總是受到空間力的作用，其應力分布是三維的，因此，復合材料結構的剛強度分析一般不宜采用復合材料的板殼理論（這種理論僅考慮板殼面內的應力和橫向剪切應力，而忽略法向應力），同時，對于簡單的結構（如板、殼），可以得到彈性力學的一般解，而對于大多數結構來說，則必須用數值的方法計算，三維有限元分析是最常用的方法。采用ANSYS程序對復合材料進行剛強度分析的步驟如下：
（1） 建立結構的幾何模型
由于復合材料分析單元一般都是六面體單元，因此，在建立幾何時要特別考慮到網格劃分的方便。
（2） 建立材料模型
根據復合材料材料參數建立單向復合材料材料模型，我所采用的是碳纖維增強復合材料，有兩種建立方法。
a. 若選擇單元為各向異性單元，則根據單向復合材料的剛度矩陣或柔度矩陣建立各向異性材料模型；
b. 若選擇層合單元，則可以建立相關的材料模型，如單向復合材料則可以建立正交各向異性材料模型
（3） 選擇單元類型并設置相關屬性
根據結構特征和計算要求，選擇不同的單元類型并設置單元屬性（各種單元的選擇依據請參考概述篇或ANSYS幫助文件）
（4） 網格劃分
在建立的幾何實體上進行網格劃分，對于復合材料，選擇六面體三維實體單元，定義單元屬性，分別指定不同的材料屬性，并保證材料坐標一致，運用有限元網格生成器進行網格劃分。
（5） 定義邊界條件
根據實際情況定義邊界條件。
展開 Abaqus 復合材料雷擊后的電-熱-力多場耦合分析
當復合材料遭遇雷擊時，復合材料會同時受到電-熱-力的耦合作用。根據焦耳熱定律，雷電流流過時由材料電阻產生的大量焦耳熱量使材料溫度上升，導致材料出現燒蝕損傷。燒蝕損傷也會使材料的導電性和導熱性能降低。受到雷擊作用后，復合材料的性能必然會下降，因此還需要對雷擊后復合材料的剩余強度進行分析，定量計算雷擊對復合材料承載力的影響。
對復合材料的雷擊分析可以分為兩個步驟：1 電-熱強耦合分析，2 考慮初始燒蝕損傷的復合材料漸進損傷分析。
電-熱強耦合分析
電流流過導體的過程中，所耗散的能量會轉化為熱能，即產生焦耳熱。電場控制方程為
電流流過導體耗散的能量可以通過焦耳定律描述
熱流密度可以表示為
這里假設耗散的電能全部轉換為熱量，則ηv=1.
熱傳導方程可以用下式描述
美國軍用標準給出了雷電載荷的波形
選取電流幅值最大的A段作為初始雷擊進行分析，A段電流可以用下式描述
A段電流波形如下
建立如圖所示的平板進行電-熱耦合分析
可以得到平板中心點處不同時間的溫度分布如圖所示
考慮初始燒蝕損傷的復合材料漸進損傷分析
通過電-熱耦合分析得到溫度場后，可以根據溫度場確定雷擊導致的燒蝕區域。通過USDFLD子程序標記燒蝕的單元，并將其損傷設置為1.然后結合UMAT子程序，采用hashin準則https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1206124對含初始損傷的復合材料平板進行漸進損傷分析，以獲得其剩余強度。計算得到的損傷云圖和載荷位移曲線如圖所示。
可以發現，在拉伸載荷作用下，復合材料從雷擊點處開始發生破壞，失效過程與中心開孔板類似。通過修改不同的電流峰值，可以定量得到雷擊對復合材料強度的影響。
有Abaqus相關的問題可以聯系扣扣1653004885
展開 IACMI復合材料研究所宣布啟動熱塑性復合材料研究項目
IACMI，與杜邦高性能材料，Fibrtec公司和合作伙伴美國普渡大學宣布在降低生產成本的推出有兩個重點選擇的第一個項目和增加了對汽車復合材料的設計靈活性。在這兩個領域的進步可以開拓新的機會，并成為復合材料部件的大規模部署的推動者。
多重因素，包括成本和設計約束，在大批量汽車應用中采用復合材料存在障礙。這個新IACMI項目將通過一個完全不同的方法來制造碳纖維復合材料與今天那些目前正在使用的同時滿足這些關鍵領域。這項工作將建立在差異化技術的協同效應。通過Fibrtec制造柔性涂覆纖維束將形成用快速形成織物（RFF）技術與專有聚酰胺樹脂既由DuPont沿柔性 織物預浸料。最終成分將受益于絲束制造工序的增加生產速度和導致制造費用較低的織物形成過程。用這種方法制成的復合材料部件已示出當由傳統技術合并到具有低空隙和良好的機械性能。柔性織物預浸漬體也已顯示出具有在成型實驗良好懸垂行為。在研究者普渡大學復合材料制造與仿真中心將與團隊一起建模和驗證懸垂性和部件性能。
高循環時間進行生產連續碳纖維熱塑性復合材料的增加成本。使用新興浸漬和絲束涂層和織物形成的新方法的材料可望高容量的復合材料的顯著降低生產成本。“通過利用所有的項目合作伙伴的優勢，我們要創造高容量，低成本熱塑性復合材料汽車零部件獨特的商業上可行的路徑的潛力，說：” 揚Sawgle，杜邦高性能材料，項目經理。
行業合作伙伴一直熱心參與項目建議利用IACMI資源和對高沖擊先進復合材料部署成員協作。“通過與業界合作，以解決制造方面的挑戰，我們正在推進清潔能源的創新，這將有助于推動美國制造業和競爭力，說：” 克雷格·藍 IACMI，復合材料研究所首席執行官。
展開 港科大等《Composites Part B》：熱塑性復合材料低速沖擊響應分析研究
纖維增強復合材料由于其獨特的優勢，如高比強度和剛度，在各種工業中的應用越來越多。盡管如此，由于其易碎的性質，當受到低速沖擊(LVI)作用時，很容易分層。低速沖擊損傷會顯著降低復合材料結構的結構完整性和剩余機械性能，可導致層壓板的各種損壞，如基體開裂、脫粘、分層和纖維斷裂/失效。因此，在設計和制造這種結構時，應考慮纖維增強塑料的面外響應。關于纖維增強復合材料的制造，通常使用各種纖維/織物，如碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維和超高分子量聚乙烯(UHMWPE)等，樹脂又分為熱固性或熱塑性。
碳纖維由于其優異的面內機械性能，如高剛度和強度，已被普遍用于制造航空航天結構。然而，由于碳纖維的低韌性，它們在低速沖擊中表現出脆性行為，顯著降低了碳纖維復合材料的剩余壓縮性能，并威脅結構的完整性。為了緩解這一問題，通常將采用與玻璃纖維等其他纖維混合，這可以增加柔韌性，從而提高沖擊性能。此外，還可以降低成本。
復合材料力學微信公眾平臺：讓更多人了解你的研究成果
目前文獻中關于低速沖擊的研究大多數都是針對熱固性復合材料。熱固性樹脂在中高固化溫度范圍內具有優異的面內機械性能，但它們的抗沖擊性能很差。熱塑性復合材料是未來的整體發展趨勢，還可以回收利用，與熱固性復合材料層壓板相比，熱塑性復合材料層壓板具有良好的損傷容限和抗沖擊性能。
然而，由于傳統熱塑性樹脂(如PEEK聚醚醚酮)常溫下呈現固態，玻璃化轉變溫度高，不能使用真空輔助樹脂浸漬(VARI)工藝，因為這些樹脂需要達到高溫才能流動，因此只能通過使用昂貴的設備和高加工溫度來實現熱塑性復合材料的制造。
展開 ANSYS中復合材料的分析
ANSYS中復合材料的分析
基于ANSYS的風機復合材料葉片建模分析模態分析 ￥20
基于ANSYS的風機復合材料葉片建模分析模態分析
首先需要葉片的截面輪廓
本文原始數據將風機葉片三維模型獲取了90多個截面輪廓，最后根據實際需要，利用C#軟件編程，獲取了其中32個風機復合材料葉片輪廓點。然后再利用ansys的spline功能連線，spline連點有上線，葉片中間還有加復合材料的加強筋，所以建模時需要考慮清楚連點的個數。
再利用askin功能，兩條線之間連成面。
再由線形成面。
利用shell281單元，設置保存每層的值。
新建復合材料屬性，各向異性。
自由網格劃分，約束，求解前十階模態，
第1階模態振動
展開 ansys_復合材料分析（下）
5.3 復合材料分析實例(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：Ex=181Gpa，Ey=Ez=10.3Gpa，Gxy=7.17Gpa，Gyz=3.78Gpa，υ12=0.016。沿軸強度：σx+=1500Mpa，σx-=1500Mpa，σy+=40Mpa，σy-=246Mpa，σx+=40Mpa，σx-=246Mpa，τxy=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 。計算工作應力和應變、失效應力和失效層等。
圖5-7疊層板工字梁結構和載荷示意圖
5.3.2 GUI方式
(一) 定義單元類型、實常數和材料特性
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設置為ALL Layer，單擊OK。單擊 Element Types窗口中Close。
4.
展開 
ansys_復合材料分析（上）
當初學習復合材料的時候的一些資料，剛翻到了，分享給大家
5.1 復合材料的相關概念
復合材料作為結構應用已有相當長的歷史。在現代，復合材料構件已被大量應用于飛行器結構、汽車、體育器材及許多消費產品中。
復合材料由一種以上具有不同結構性質的材料構成，它的主要優點是具有很高的比剛度(剛度與重量之比)。在工程應用中，典型復合材料有纖維和疊層型材料，如玻璃纖維、玻璃環氧樹脂、石墨環氧樹脂、硼環氧樹脂等。
ANSYS程序中提供一種特殊單元--層單元來模擬復合材料。利用這些單元就可以作任意的結構分析了(包括非線性如大撓度和應力剛化等問題)。對于熱、磁、電場分析，目前尚未提供層單元。
5.2 建立復合材料模型
與鐵或鋼等各向同性材料相比，建立復合材料的模型要復雜一些。由于各層材料性能為任意正交各向異性，材料性能與材料主軸取向有關，在定義各層材料的材料性能和方向時要特別注意。本節主要探討如下問題：
選擇合適的單元類型；
定義材料層；
確定失效準則；
應遵循的建模和后處理規則。
5.2.1 選擇合適的單元類型
用于建立復合材料模型的單元類型有SHELL99、SHELL91、SHELL181、SOLID46和SOLID191 五種單元。但 ANSYS/Professional 只能使用 SHELL99 和 SHELL46 單元。具體應選擇哪一類單元要根據具體應用和所需計算結果類型等來確定。所有的層單元允許失效準則計算。
1、SHELL99--線性層狀結構殼單元
SHELL99 是一種八節點三維殼單元，每個節點有六個自由度。該單元主要適用于薄到中等厚度的板和殼結構，一般要求寬厚比應大于10。
展開 Ansys復合材料結構分析總結（優化篇）
說明：整理自Simwe論壇，復合材料版塊，原創fea_stud。
與傳統材料相比，復合材料具有可設計性，復合材料結構的多層次性為復合材料及其結構設計帶來了極大的靈活性，復合材料的力學性能和機械性能，都可按照結構的使用要求和環境條件要求，通過組分材料的選擇匹配、鋪層設計及界面控制等材料設計手段，最大限度的達到預期目的，以滿足工程設備的使用性能，因此，在工程實踐中對復合材料結構進行優化設計有很重要的現實意義，下面以我所研究的復合材料壓力容器為例，將復合材料結構優化以及在ANSYS下的實現過程給大家作一個介紹。
1． 問題描述
本文所涉及的復合材料壓力容器是帶有金屬內膽外纏碳纖維增強復合材料的復合容器，優化問題是：以金屬內膽壁厚、復合材料各纏繞層厚度和纏繞角為設計變量，在滿足壓力容器強度（金屬內膽層和復合材料層均滿足強度要求）和重量要求的條件下，使壓力容器的剛度最大。
2． 優化模型
根據纖維增強復合材料特性，壓力容器環向纏繞復合材料有利于提高容器剛度，軸向平鋪復合材料有利于提高容器剛度，因此，模型采用3種纏繞角的方案，即靠近金屬內膽為環向（90度）纏繞，中間為纏繞，外部為軸向平鋪（0度），以各層的厚度（金屬層和三層復合材料）和中間纏繞層的角度為優化參數，在壓力容器強度約束的條件下，以壓力容器一階固有頻率為優化目標。其數學模型如下：
其中，f為復合材料壓力容器的一階固有頻率，s1和s2分別為金屬內膽的安全系數和各復合材料層的強度比，通過有限元程序求得，為中間層復合材料纏繞角，h1 、h2 和h3分別為金屬內膽厚度、90度纏繞層厚度和度纏繞層厚度，H為h1 、h2 和h3的極限值，當總厚度確定后，0度纏繞層厚度由h1 、h2 、h3及總厚度確定，c為復合容器重量，c0為全壓力容器重量上限。
3．
展開 ANSYS知識普及10——如何分析復合材料（1）（ANSYS專家編輯，非原創，歡迎轉摘）
本人準備出一個ANSYS知識普及系列，將有用的網上資料歸攏，由于知識水平有限，不對之處請諒解。也歡迎各位網友提供好的資料分享，讓我們共同完成這個ANSYS知識普及系列。
編輯人：技術鄰ANSYS專家
業務咨詢網址：http://www.yqgqt.org.cn/content/other/402981
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聲 明:1、ANSYS知識普及系列中所有資料均來自網上；
2、如侵犯知識產權，請聯系ANSYS專家本人或者技術鄰，我將第一時間刪除。
小技巧：加本人關注，可以及時觀看本人發布的技術貼
轉自simwe，感謝fea_stud發表的這個貼子，很不錯，我把它編輯一下,也做了一些補充,便于大家學習交流。
目 錄
1. 復合材料結構分析總結（一）——概述篇
2. 復合材料結構分析總結（二）——建模篇
3. 復合材料結構分析總結（三）——分析篇
4. 復合材料結構分析總結（四）——優化篇
復合材料結構分析總結（一）——概述篇
復合材料是由一種以上具有不同性質的材料構成，其主要優點是具有優異的材料性能，在工程應用中典型的一種復合材料為纖維增強復合材料，這種材料的特性表現為正交各向異性，對于這種材料的模擬，很多的程序都提供了一些處理方法，在I-Deas、Nastran、Ansys中都有相應的處理方法。
展開 ANSYS知識普及12——如何分析復合材料（3）（ANSYS專家編輯，非原創，歡迎轉摘）
本人準備出一個ANSYS知識普及系列，將有用的網上資料歸攏，由于知識水平有限，不對之處請諒解。也歡迎各位網友提供好的資料分享，讓我們共同完成這個ANSYS知識普及系列。
編輯人：技術鄰ANSYS專家
業務咨詢網址：http://www.yqgqt.org.cn/content/other/402981
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聲 明:1、ANSYS知識普及系列中所有資料均來自網上；
2、如侵犯知識產權，請聯系ANSYS專家本人或者技術鄰，我將第一時間刪除。
小技巧：加本人關注，可以及時觀看本人發布的技術貼
復合材料結構分析總結（三）——分析篇
下面就我對碳纖維增強復合材料壓力容器分析過程中所做的工作，從復合材料材料參數轉化、復合材料強度準則、結構剛強度分析幾方面寫些我的心得，與大家共同探討。
1． 復合材料材料參數的轉化
單向纖維增強復合材料（也稱單向板）是指纖維按照同一方向平行排列的復合材料，是構成層合板和殼的基本元素，可認為是一種正交各向異性材料，也是一種橫觀各向同性材料（存在一個各向同性面），在進行有限元計算時，必須知道復合材料的彈性特性參數，并由彈性特性參數來計算正交各向異性材料的9個參數（在ANSYS程序中定義材料時所需3個彈性模量、3個泊松系數和3個剪切模量），單向復合材料特性的計算有許多種方法，主要的方法有Halpin-Tai的彈性力學方法，這種方法根據彈性理論將復雜的纖維與樹脂間的關系用一組方程來表示，通過求解方程組，解得彈性參數，我們使用的9個彈性參數的計算是通過單向復合材料的剛度矩陣轉化得到，下面是用APDL語言編寫的材料轉化程序。
MAT_PAR_COMP
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