ansys模擬碳纖維的案例
柔性再生碳纖維濕法取向仿真模擬及其復合材料性能研究
摘 要：基于珠鏈模型，采用離散單元法對纖維模型進行柔性化處理；通過搭建 EDEM-Fluent 耦合仿真模型，對柔性再生碳纖維在漸縮流場中的流動取向過程進行仿真模擬。采用濕法取向技術對 6 mm 纖維進行重新取向排布制備取向氈，將仿真結果與實驗結果進行對比。采用模壓法制備了碳纖維/環氧樹脂基復合材料，對其力學性能進行表征。結果表明：在纖維跟隨流體運動的過程中，纖維會受到軸向剪切力的作用，發生不同程度的彎曲變形，并沿著流體流動方向發生旋轉，從而在移動過程中完成取向。利用二維方向張量對纖維氈取向度進行表征，其取向度為 98%；制備的取向復合材料彎曲強度和模量較未取向材料分別提升 70.6%和 88.5%。
關鍵詞：纖維取向；柔性纖維；離散單元法；漸縮流場；力學性能
0 前言
碳纖維/環氧樹脂基復合材料(CF/EP)在航空航天、風電、交通等大型承力構件制造中得到廣泛應用[1]，尤其在航空航天方面，常用來制造發動機殼體、蒙皮等重要部件，可以發揮碳纖維復合材料輕量化、高強度等優勢[2]。隨著碳纖維應用范圍的不斷擴大，各領域對碳纖維需求量急速增加，制造中的廢棄邊角料和服役期滿碳纖維復材制品也隨之增長[3]。對廢棄碳纖維復合材料中的碳纖維進行回收再利用是解決碳纖維廢棄物堆積問題的最佳途徑，回收之后的再生碳纖維性能與原纖維相差無幾，回收成本卻遠遠小于生產成本[4]。回收碳纖維通常采用模壓工藝實現復材制品成型，并應用于汽車外覆蓋件等部位。但是碳纖維作為一種各向異性的材料，其軸向力學性能優于徑向力學性能[5]，隨機排列的短纖維大大限制了其應用途徑。因此，有效的纖維取向技術成為回收碳纖維大規模工業應用的關鍵技術之一。
目前一些學者對纖維取向技術進行了相關研究。
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基于ANSYS的碳纖維加固計算（原創，如轉載，請注明出處）
分析類型：靜力分析；碳纖維復合材料
技術難點：多碳纖維層的碳纖維材料建模 鋼筋混凝土建模
完成人：技術鄰ANSYS專家
業務咨詢網址：http://www.yqgqt.org.cn/content/other/402981
研究對象：碳纖維加固的鋼筋混凝土牛腿
可代做的業務范圍：
鋼筋混凝土分析
復合材料分析
載荷位移大變形分析
模擬過程：
碳纖維加固鋼筋混凝土
圖形說明：
圖1 ：整體模型。混凝土采用solid65
圖2：碳纖維單元，采用shell181
圖3：碳纖維加固位置，紅色單元為碳纖維單元
圖4：鋼筋籠，鋼筋采用link8
圖5：載荷位移曲線
展開 江蘇科技大學《CS》：碳纖維復合材料鉆孔過程動態漸進破壞的跨尺度模擬
與金屬材料相比，碳纖維增強復合材料因具有較高的強度重量比和剛度重量比等特性常被用作初級結構。對于組裝結構件和飛機上輕量化混合結構的碳纖維復合材料的連接，使用的方法為機械緊固，如鉚釘等。而涉及到機械緊固，鉆孔是必不可少的。
由于碳纖維復合材料固有的各向異性和結構的不均勻性，在鉆孔過程中會產生分層、毛刺、纖維拔出、基體熱降解等多種損傷，從而降低了碳纖維復合材料在疲勞載荷作用下的結構強度和使用壽命。
在以往文獻中，研究者們通過實驗、理論分析和數值模擬技術來研究碳纖維復合材料鉆孔中的損傷機制，但是，
實驗對碳纖維復合材料變形和損傷擴展的研究比較有限
。采用常規數值分析方法時，鉆孔碳纖維復合材料（CERPs）的損傷缺陷在多損傷機制耦合作用下表現為混合破壞模式。有限元軟件中元素的破壞模式主要包括損傷產生、損傷累積、損傷演化、d單元刪除等復雜過程。在過去，針對不同類型的CERPs，發展了多種預測損傷以識別復雜的損傷機制，如Tsai-Wu、Hashin、Puck和
Chang-Chang
準則。這些漸進損傷理論已被用于預測復雜CERPs在鉆孔過程中的損傷行為，比如Isbilir、 Phadnis和Feito。
對于CERPs的鉆孔損傷分析，雖然可以將復合材料視為均質理想化模型來確定損傷模式，但
幾乎都采用了宏觀力學理論
，其中一些實際損傷缺陷無法模擬，如毛刺等。
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Moldex3D模流分析之史丹利百得應用碳纖維排向應力模擬分析 提升錘釘產品結構強度
大綱
纖維排向對產品結構強度有顯著影響，史丹利百得團隊在研究一款添加30%碳纖維之PA66制成的錘釘產品，其外殼結構強度是否足以通過測試。要評估纖維排向之于產品機械性質的影響不是一件容易的事情，因此史丹利百得團隊透過整合模流及結構分析仿真工具，獲得關鍵分析數據，以利執行精準的結構分析，確保產品整體的結構強度。
挑戰
評估纖維排向對對象強度之影響
判別產品應力集中區域
解決方案
透過Moldex3D FEA界面，史丹利百得團隊將射出成型過程中受流場方向影響的纖維排向結果輸出至Altair Multiscale Designer，再映像到Altair Radioss進行結構分析。
效益
觀察因纖維之非等向性行為而引起的翹曲
找出潛在的應力集中處
優化產品的結構強度
案例研究
如何生產輕量化又能符合成本效益的產品，是制造業共同面臨的挑戰，。要優化產品設計以達到此目標，就必須仰賴塑料材料工程和CAE軟件的協助。然而結構分析CAE軟件在支持塑料射出材料的非等向特性上，還是有一定的難度。
史丹利百得團隊利用Moldex3D以及Altair Radioss來分析錘釘外殼的結構強度(圖二)。本產品由含30%碳纖維的PA66所制成，必須要通過300,000次使用壽命試驗。透過兩種分析軟件的整合，可預測出纖維排向對產品強度的影響，并將結果應用于優化產品設計。
圖一 本案例之錘釘產品
圖二 本案例產品設計
首先透過Moldex3D模擬，獲得射出成型模擬結果及纖維排向信息。藉由模擬結果，史丹利百得團隊進行澆口位置評估及確認豎澆道壓力、包封和翹曲都能符合要求(圖三)。更重要的是，透過Moldex3D FEA接口功能，將纖維排向結果之非等向材料特性，輸入至動態結構分析軟件。
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