ansys對復(fù)合材料分析的案例
ANSYS中復(fù)合材料的分析
ANSYS中復(fù)合材料的分析
北鯤云超算平臺直播 | 基于Ansys-Workbench-ACP復(fù)合材料仿真分析
北鯤云在9月29日，邀請從事復(fù)合材料行業(yè)多年的江華軍老師做客北鯤云講堂，為大家分享了基于Ansys-Workbench-ACP復(fù)合材料仿真分析。
江老師主要方向為復(fù)合材料測試，復(fù)雜造型建模，復(fù)合材料靜、動力學(xué)及成型工藝仿真。
簡單回顧概括一下直播內(nèi)容為：
復(fù)合材料簡介
ANSYS-workbench-ACP軟件介紹
基于ANSYS復(fù)合材料實例仿真分析
Ansys-workbench-ACP：ACP支持基于Python腳本語言，結(jié)合Excel實現(xiàn)快速建模，提供效率。
比起概念，相信大家更想要接觸實例，江老師也為我們演示了基于ANSYS復(fù)合材料實例仿真分析。
例：沖浪板靜強度分析（采用ansys2021R2版本
分析流程
1 材料屬性添加
2 Mechanical界面幾何和網(wǎng)格設(shè)置
3 坐標(biāo)系、方向選擇集、鋪層定義
4 邊界條件、載荷和求解
5 結(jié)果后處理
詳細的案例講解結(jié)束后，老師也展示了在北鯤云超算平臺上進行計算的便利之處。
想要觀看完整視頻的朋友可以找找我們的B站賬號即可！
展開 基于ANSYS的風(fēng)機復(fù)合材料葉片建模分析模態(tài)分析 ￥20
基于ANSYS的風(fēng)機復(fù)合材料葉片建模分析模態(tài)分析
首先需要葉片的截面輪廓
本文原始數(shù)據(jù)將風(fēng)機葉片三維模型獲取了90多個截面輪廓，最后根據(jù)實際需要，利用C#軟件編程，獲取了其中32個風(fēng)機復(fù)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(fù)合材料的加強筋，所以建模時需要考慮清楚連點的個數(shù)。
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(shè)置保存每層的值。
新建復(fù)合材料屬性，各向異性。
自由網(wǎng)格劃分，約束，求解前十階模態(tài)，
第1階模態(tài)振動
展開 『原創(chuàng)』誰能談?wù)勅绾斡?em>ANSYS分析復(fù)合材料沖擊損傷么？
誰能談?wù)勅绾斡?em>ANSYS分析復(fù)合材料沖擊損傷么？
Ansys復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析總結(jié)（分析篇）
復(fù)合材料強度準(zhǔn)則
復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的受力及應(yīng)力應(yīng)變情況非常復(fù)雜，并要考慮各種應(yīng)力應(yīng)變的耦合和相互影響，復(fù)合材料強度破壞準(zhǔn)則基于結(jié)構(gòu)的宏觀破壞，一般來說復(fù)合材料的二次蔡-吳強度破壞準(zhǔn)則較為精確。有興趣的朋友可以參考科學(xué)出版社出版的蔡為侖先生的《復(fù)合材料設(shè)計》這一本書。
3． 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)剛強度分析
一般說來，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)總是受到空間力的作用，其應(yīng)力分布是三維的，因此，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的剛強度分析一般不宜采用復(fù)合材料的板殼理論（這種理論僅考慮板殼面內(nèi)的應(yīng)力和橫向剪切應(yīng)力，而忽略法向應(yīng)力），同時，對于簡單的結(jié)構(gòu)（如板、殼），可以得到彈性力學(xué)的一般解，而對于大多數(shù)結(jié)構(gòu)來說，則必須用數(shù)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?qū)?em>復(fù)合材料進行剛強度分析的步驟如下：
（1） 建立結(jié)構(gòu)的幾何模型
由于復(fù)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(wǎng)格劃分的方便。
（2） 建立材料模型
根據(jù)復(fù)合材料材料參數(shù)建立單向復(fù)合材料材料模型，我所采用的是碳纖維增強復(fù)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(jù)單向復(fù)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(guān)的材料模型，如單向復(fù)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(shè)置相關(guān)屬性
根據(jù)結(jié)構(gòu)特征和計算要求，選擇不同的單元類型并設(shè)置單元屬性（各種單元的選擇依據(jù)請參考概述篇或ANSYS幫助文件）
（4） 網(wǎng)格劃分
在建立的幾何實體上進行網(wǎng)格劃分，對于復(fù)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(biāo)一致，運用有限元網(wǎng)格生成器進行網(wǎng)格劃分。
（5） 定義邊界條件
根據(jù)實際情況定義邊界條件。
展開 Ansys復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析總結(jié)（建模篇）
說明：整理自Simwe論壇，復(fù)合材料版塊，原創(chuàng)fea_stud。
復(fù)合材料是一種各向異性材料，對于纖維增強復(fù)合材料又是一種正交各向異性材料，因此，在進行復(fù)合材料結(jié)構(gòu)建模的時候要特別注意的一個重要的問題，就是材料的方向性。下面，就我個人的分析經(jīng)驗，對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的建模作一個總結(jié)。
1． 結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系、單元坐標(biāo)系、材料坐標(biāo)系和結(jié)果坐標(biāo)系
建立復(fù)合材料結(jié)構(gòu)模型，存在一個結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系，用于確定幾何元素的位置，這個坐標(biāo)可以是笛卡爾坐標(biāo)系、柱坐標(biāo)系或者是球坐標(biāo)系；單元坐標(biāo)系是每個單元的局部坐標(biāo)系，一般用來描述整個單元；材料坐標(biāo)系是確定材料屬性方向的坐標(biāo)系，一般沒有專門建立的材料坐標(biāo)系，而是參考其他坐標(biāo)系，如整體結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系，或單元坐標(biāo)系，在Ansys程序中，材料坐標(biāo)是由單元坐標(biāo)唯一確定的，要確定材料坐標(biāo)，只要確定單元坐標(biāo)就行了；結(jié)果坐標(biāo)系是在進行結(jié)果輸出時所使用的坐標(biāo)系，也是一般參考其他坐標(biāo)系。在Ansys程序中，關(guān)于坐標(biāo)系有人做過專門的總結(jié)。見后。
2． 用于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析的單元
用于復(fù)合材料分析的單元主要有兩類，一類是層合單元，如Shell 99, Shell 91, Shell 181, Solid 46 和Solid 191；另一類是各向異性單元，如Solid64；這些材料都有不同的處理方法，層合單元，在一個單元內(nèi)可以包含多層信息，包括各層的材料、厚度和方向；各項各向異性單元，在一個單元內(nèi)，只能包含一種材料信息，而且所得到的計算結(jié)果還要進行一些處理，因此有一定的局限性。
3．
展開 Ansys復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析總結(jié)（概述篇）
說明：整理自Simwe論壇，復(fù)合材料版塊，原創(chuàng)fea_stud。
做了一年多的復(fù)合材料壓力容器的分析工作，也積累了一些分析經(jīng)驗，到了總結(jié)的時候了，回想起來，總最初采用I-deas，到MSC.Patran、Nastran，到最后選定Ansys為自己的分析工具，確實有一些東西值得和大家分享，與從事復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析的朋友門共同探討。
（一）概述篇
復(fù)合材料是由一種以上具有不同性質(zhì)的材料構(gòu)成，其主要優(yōu)點是具有優(yōu)異的材料性能，在工程應(yīng)用中典型的一種復(fù)合材料為纖維增強復(fù)合材料，這種材料的特性表現(xiàn)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(yīng)的處理方法。筆者最初是用I-Deas下建立各項異性材料結(jié)合三維實體結(jié)構(gòu)單元來模擬（由于研究對象是厚壁容器，不宜采用殼單元），分析結(jié)果還是非常好的，而且I-Deas強大的建模功能，但由于課題要求要進行壓力容器的優(yōu)化分析，而且必須要自己寫優(yōu)化程序，I-Deas的二次開發(fā)功能開放性不是很強，所以改為MSC.Patran，Patran提供了一種非常好的二次開發(fā)編程語言PCL（以后在MSC的版中專門給大家貼出這部分內(nèi)容），采用Patran結(jié)合Nastran的分析環(huán)境，建立了基于正交各項異性和各項異性兩種分析模型，但最終發(fā)現(xiàn)，在得到的最后結(jié)果中，復(fù)合材料層之間的應(yīng)力結(jié)果始終不合理，而模型是沒有問題的（因為在I-Deas中，相同的模型結(jié)果是合理的），于是最后轉(zhuǎn)向Ansys，剛開始接觸Ansys，真有相見恨晚的感覺，豐富的單元庫，開放的二次開發(fā)環(huán)境（APDL語言），下面就重點寫Ansys的內(nèi)容。
展開 ANSYS知識普及11——如何分析復(fù)合材料（2）（ANSYS專家編輯，非原創(chuàng)，歡迎轉(zhuǎn)摘）
30
*ENDIF
*ENDDO
*DO,NODE,1,MXNODE
*IF,NSEL(NODE),EQ,1,THEN
THICK(node) = 0.125-0.0125*(NX(NODE)-10)
*ENDIF
*ENDDO
RTHICK,THICK(1),99,100,101,102
RTHICK,THICK(1),105,106,107,108
*DO,NODE,1,MXNODE
THICK(node) =0
*ENDDO
ALLSEL,ALL
/ESHAPE,1.0
EPLOT
本次復(fù)合材料的帖子合集已做成word文檔，可以下載，地址為
http://www.yqgqt.org.cn/content/doc/285115
另外有本學(xué)習(xí)ANSYS復(fù)合材料的操作過程文檔，可以下載，地址為
http://www.yqgqt.org.cn/content/doc/285116
后續(xù)有時間出個利用ＡＷＢ分析復(fù)合材料的技術(shù)貼（ACP），敬請期待，＾＿＾
展開 ansys_復(fù)合材料分析（下）
5.3 復(fù)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(yīng)力和應(yīng)變、失效應(yīng)力和失效層等。
圖5-7疊層板工字梁結(jié)構(gòu)和載荷示意圖
5.3.2 GUI方式
(一) 定義單元類型、實常數(shù)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(shè)置為ALL Layer，單擊OK。單擊 Element Types窗口中Close。
4.
展開 ansys_復(fù)合材料分析（上）
當(dāng)初學(xué)習(xí)復(fù)合材料的時候的一些資料，剛翻到了，分享給大家
5.1 復(fù)合材料的相關(guān)概念
復(fù)合材料作為結(jié)構(gòu)應(yīng)用已有相當(dāng)長的歷史。在現(xiàn)代，復(fù)合材料構(gòu)件已被大量應(yīng)用于飛行器結(jié)構(gòu)、汽車、體育器材及許多消費產(chǎn)品中。
復(fù)合材料由一種以上具有不同結(jié)構(gòu)性質(zhì)的材料構(gòu)成，它的主要優(yōu)點是具有很高的比剛度(剛度與重量之比)。在工程應(yīng)用中，典型復(fù)合材料有纖維和疊層型材料，如玻璃纖維、玻璃環(huán)氧樹脂、石墨環(huán)氧樹脂、硼環(huán)氧樹脂等。
ANSYS程序中提供一種特殊單元--層單元來模擬復(fù)合材料。利用這些單元就可以作任意的結(jié)構(gòu)分析了(包括非線性如大撓度和應(yīng)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(fù)合材料模型
與鐵或鋼等各向同性材料相比，建立復(fù)合材料的模型要復(fù)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(guān)，在定義各層材料的材料性能和方向時要特別注意。本節(jié)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(zhǔn)則；
應(yīng)遵循的建模和后處理規(guī)則。
5.2.1 選擇合適的單元類型
用于建立復(fù)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(yīng)選擇哪一類單元要根據(jù)具體應(yīng)用和所需計算結(jié)果類型等來確定。所有的層單元允許失效準(zhǔn)則計算。
1、SHELL99--線性層狀結(jié)構(gòu)殼單元
SHELL99 是一種八節(jié)點三維殼單元，每個節(jié)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(jié)構(gòu)，一般要求寬厚比應(yīng)大于10。
展開 Ansys復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析總結(jié)（優(yōu)化篇）
說明：整理自Simwe論壇，復(fù)合材料版塊，原創(chuàng)fea_stud。
與傳統(tǒng)材料相比，復(fù)合材料具有可設(shè)計性，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的多層次性為復(fù)合材料及其結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來了極大的靈活性，復(fù)合材料的力學(xué)性能和機械性能，都可按照結(jié)構(gòu)的使用要求和環(huán)境條件要求，通過組分材料的選擇匹配、鋪層設(shè)計及界面控制等材料設(shè)計手段，最大限度的達到預(yù)期目的，以滿足工程設(shè)備的使用性能，因此，在工程實踐中對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計有很重要的現(xiàn)實意義，下面以我所研究的復(fù)合材料壓力容器為例，將復(fù)合材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及在ANSYS下的實現(xiàn)過程給大家作一個介紹。
1． 問題描述
本文所涉及的復(fù)合材料壓力容器是帶有金屬內(nèi)膽外纏碳纖維增強復(fù)合材料的復(fù)合容器，優(yōu)化問題是：以金屬內(nèi)膽壁厚、復(fù)合材料各纏繞層厚度和纏繞角為設(shè)計變量，在滿足壓力容器強度（金屬內(nèi)膽層和復(fù)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(yōu)化模型
根據(jù)纖維增強復(fù)合材料特性，壓力容器環(huán)向纏繞復(fù)合材料有利于提高容器剛度，軸向平鋪復(fù)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(nèi)膽為環(huán)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(fù)合材料）和中間纏繞層的角度為優(yōu)化參數(shù)，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(yōu)化目標(biāo)。其數(shù)學(xué)模型如下：
其中，f為復(fù)合材料壓力容器的一階固有頻率，s1和s2分別為金屬內(nèi)膽的安全系數(shù)和各復(fù)合材料層的強度比，通過有限元程序求得，為中間層復(fù)合材料纏繞角，h1 、h2 和h3分別為金屬內(nèi)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(dāng)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(fù)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(fù)合材料（1）（ANSYS專家編輯，非原創(chuàng)，歡迎轉(zhuǎn)摘）
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轉(zhuǎn)自simwe，感謝fea_stud發(fā)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(xué)習(xí)交流。
目 錄
1. 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析總結(jié)（一）——概述篇
2. 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析總結(jié)（二）——建模篇
3. 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析總結(jié)（三）——分析篇
4. 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析總結(jié)（四）——優(yōu)化篇
復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析總結(jié)（一）——概述篇
復(fù)合材料是由一種以上具有不同性質(zhì)的材料構(gòu)成，其主要優(yōu)點是具有優(yōu)異的材料性能，在工程應(yīng)用中典型的一種復(fù)合材料為纖維增強復(fù)合材料，這種材料的特性表現(xiàn)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(yīng)的處理方法。
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復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析總結(jié)（三）——分析篇
下面就我對碳纖維增強復(fù)合材料壓力容器分析過程中所做的工作，從復(fù)合材料材料參數(shù)轉(zhuǎn)化、復(fù)合材料強度準(zhǔn)則、結(jié)構(gòu)剛強度分析幾方面寫些我的心得，與大家共同探討。
1． 復(fù)合材料材料參數(shù)的轉(zhuǎn)化
單向纖維增強復(fù)合材料（也稱單向板）是指纖維按照同一方向平行排列的復(fù)合材料，是構(gòu)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(fù)合材料的彈性特性參數(shù)，并由彈性特性參數(shù)來計算正交各向異性材料的9個參數(shù)（在ANSYS程序中定義材料時所需3個彈性模量、3個泊松系數(shù)和3個剪切模量），單向復(fù)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(xué)方法，這種方法根據(jù)彈性理論將復(fù)雜的纖維與樹脂間的關(guān)系用一組方程來表示，通過求解方程組，解得彈性參數(shù)，我們使用的9個彈性參數(shù)的計算是通過單向復(fù)合材料的剛度矩陣轉(zhuǎn)化得到，下面是用APDL語言編寫的材料轉(zhuǎn)化程序。
MAT_PAR_COMP
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展開 ANSYS知識普及13——如何分析復(fù)合材料（4）（ANSYS專家編輯，非原創(chuàng)，歡迎轉(zhuǎn)摘）
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復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析總結(jié)（四）——優(yōu)化篇
本次復(fù)合材料的帖子合集已做成word文檔，可以下載，地址為
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展開 ANSYS復(fù)合材料仿真分析及其在航空領(lǐng)域的應(yīng)用
ANSYS的結(jié)構(gòu)－熱耦合分析，可以對復(fù)合材料在熱環(huán)境下的熱膨脹應(yīng)力、結(jié)構(gòu)固化成形過程中100℃～200℃的溫差而引起的結(jié)構(gòu)固化變形和殘余應(yīng)力進行分析。
ANSYS程序中的材料性質(zhì)、強度準(zhǔn)則均可以定義為隨溫度變化，以此來引入溫度變化對結(jié)構(gòu)物理性能的影響。
三.復(fù)合材料結(jié)構(gòu)屈曲失穩(wěn)實例
1.工程背景：飛機的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中，板加筋結(jié)構(gòu)形式最為常見，如壁板、隔框、翼盒等。通常，飛機的復(fù)合材料加筋板的厚度較薄，因此結(jié)構(gòu)分析不僅僅是判斷材料的失效破壞和層間剪切破壞，還應(yīng)該關(guān)注結(jié)構(gòu)是否屈曲失穩(wěn)而破壞。利用ANSYS對某復(fù)合材料……
閱讀全文：http://tech.caenet.cn/Article1128.html
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