復合材料結構設計
關注創建者：liting6886 創建時間：2017-01-05
復合材料結構設計的視頻教程
基于ABAQUS的復合材料熱力耦合分析
本人西北某末流三航特色985在讀博士，主要研究方向為復合材料結構設計；復合材料結構優化設計；多學科優化設計；優化算法等。 此案例通過ABAQUS進行了復合材料的順序熱力耦合分析，適合于相關研究方向的初學者，可以作為一個標準的分析流程，并在此基礎上創建自己的研究模型。附件內容為視頻中的模型文件。
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CATIA一次性成功地設計由復合材料制成的高性能、已經過結構驗證的車輛零件
1、同時完成復合材料零件結構行為的設計和驗證，以發布高性能T&M 結構 2、將復合材料概念階段與高級結構仿真相集成，以實現高效的建模仿真工程方法 3、在整個 3D 注解中提供完整的復合材料產品定義
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復合材料結構設計的實例教程
復合材料結構設計手冊
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一、復合材料的定義與構造特點
1）復合材料的定義
復合材料——由兩個或兩個以上獨立的物理相（粘結材料和顆粒、纖維或片狀材料）所組成的一種固體產物。
定義中說的物理相，可以是連續的，也可以是不連續的。連續相稱為基體材料；不連續相（分散相）稱為增強材料。
增強材料——起承受載荷的作用，主要提供復合材料的力學性能，其幾何形式有長纖維、短纖維和顆粒狀物等多種；
基體材料——起著粘結、支撐、保護增強材料和傳遞應力的作用，主要提供復合材料的物理、化學性能，常采用橡膠、石墨、樹脂、金屬和陶瓷等。
2）復合材料的主要特點
1）復合材料的性能具有可設計性
2）材料和結構具有同一性
3）復合材料結構設計包含材料設計
4）材料性能對復合工藝的依賴性
5）復合材料具有各向異性和非均質性
3）復合材料的構造特點
復合材料與其說是材料，不如說是結構更確切。因此復合材料結構可分為
三個結構層次：
單層板（一次結構）
層合板（二次結構）
工程結構（三次結構）
4）復合材料結構設計特點
復合材料結構設計也分為三個層次：
單層設計——正確選擇増強材料和基體，確定組分比。
（單層材料性能設計）
層合板設計——確定單層層數、鋪設方向和鋪設順序。
展開 ?但混凝土屬于脆性材料，抗拉強度低，使電桿的抗彎、抗震性能和抗沖擊性能差，在臺風作用時，極易損壞，造成經濟損失和人員傷害，也造成了供電中斷與電力維修困難。
?混凝土結構重量大，運輸與安裝也不方便。
2.聚氨酯樹脂的特點
?聚氨酯（PU）的分子結構中含有氨基甲酸酯基團（—NH—COO—），擁有良好的力學性能（輕質高強高模量，斷裂延伸率大，耐沖擊），優異的耐酸堿、紫外線和大氣老化性能；成型方便、環保（無苯乙烯揮發）。
?纖維纏繞聚氨酯復合材料電桿的優越性能：
（1）質量輕，容易運輸、搬運和安裝；
（2）彎曲強度大，斷裂延伸率大，抵抗臺風等的彎曲應力；絕緣性能好；
（3）耐候性能好，抵抗風吹日曬等惡劣環境。
二、聚氨酯復合材料電桿的結構設計
1. 復合材料產品設計特點：材料結構設計一體化。
（1）性能設計：充分考慮最終產品的使用目的和使用條件，使設計出復合材料產品與設計要求相同。
（2）結構設計：強度、剛度與穩定性計算。根據所承受的載荷及使用環境，設計出確保材料安全可靠經濟的結構尺寸。是選用不同材料，結合工藝，在各種載荷組合工況下的力學計算與鋪層的反復過程。
（3）工藝設計：應盡可能使結構成型方便、成本低廉。
這三者相互關聯，不能截然分開。結構設計包含了材料設計的所有內容，是復合材料產品合理設計和降低成本的關鍵。
2. 復合材料電桿的結構設計特點與必要性
（1）雖然電桿的幾何形狀簡單，但和所有復合材料結構一樣，材料為各向異性材料，極具可設計性。
（2）電桿具有較大的錐度：1/75；纏繞工藝和等直桿不同，使得結構設計中不同截面的材料參數和幾何參數不同。事實上，工藝參數的不同，導致材料的力學性能不同，也導致結構力學行為的迥異。
展開 【技術】復合材料結構設計知識共享系列（一）
1、引言
作者最近寫了一些文章，闡述了對國產碳纖維產業化之路的一些觀點，國產碳纖維實現產業化的關鍵是用國產碳纖維開發出“買得起的復合材料制品”，而開發“買得起的復合材料制品”的過程中“設計是主導，材料是基礎，制造是關鍵，應用是目的”。縱觀國際復合材料應用領域幾十年的發展，無疑航空航天領域積累了最多的經驗教訓，被稱為“復合材料圣經”的CMH-17《復合材料手冊》主要是航空航天領域研究和應用復合材料40多年的經驗教訓，其他領域的高端應用無不顯現航空航天的痕跡，例如從風電葉片的設計中可以看到直升機旋翼槳葉的設計理念。目前復合材料應用方興正艾的交通運輸車輛結構與航空航天結構類似，都屬于受力復雜的桿板殼結構，因此順理成章地交通運輸車輛結構的設計理應繼承航空航天領域復合材料結構設計的經驗教訓。作者在飛機復合材料結構的應用領域馳騁了30多年，對飛機復合材料結構設計積累了一些經驗和教訓，希望能把這些體會寫出來與碳纖維復合材料界同人共享。
飛機復合材料結構設計，在確定結構布局和生產工藝后，首先面臨著選材的任務，本文試圖從飛機結構完整性要求出發，在滿足工藝需求和材料工作極限（MOL，對環氧樹脂MOL=濕態玻璃化轉變溫度Tg-28℃）的前提下，闡述飛機結構對碳纖維復合材料的力學性能要求。
2、 飛機結構完整性要求
2.1 復合材料飛機結構設計規范的特點
飛機結構完整性的定義是：影響飛機安全使用和成本費用的機體結構的強度、剛度、損傷容限、耐久性和功能的總稱。”因此對飛機結構用材料體系的要求就必須滿足這些要求。
展開 在發表的文獻中給出了當時波音民用飛機使用的復合材料體系T300/5208的沖擊能量~壓縮破壞應變曲線（見圖1），其門檻值大約為2800με。
圖1 翼面結構典型鋪層試樣壓縮下沖擊破壞曲線
國內從1985年開始沖擊損傷的研究，在中國飛機強度所建立了壓縮下沖擊的試驗設備及開展了相關的理論和試驗研究。這項研究在航空用復合材料體系的研發和復合材料飛機結構的損傷容限設計和試驗驗證中得到應用。1980年代國內開始軍機復合材料結構的設計和研制，當時首先遇到的問題是沒有復合材料結構設計知識，特別是當時作為設計入門的國外某公司《復合材料設計手冊》中給出一組設計用材料數據（見圖2），從文獻可知，其所用材料體系是T300/5208。通常金屬結構極限載荷與限制載荷相差1.5倍，結構在極限載荷下的設計許用值一般采用材料的極限強度，因此限制載荷下使用的材料性能應是極限強度除以1.5，這組數據背離了人們的常識。當時國內軍機采用T300碳纖維，但使用國內研制的樹脂，其設計值該如何確定成了航空復合材料界的難題，航空界進行了研究和向國外專家咨詢，但始終沒有解決（關于許用值與設計值將在另文討論），但在該文件中指出了壓縮限制應變的確定與沖擊損傷有關。在此背景下，當年作者提出了確定設計值的一種工程方法：鑒于設計值與沖擊損傷有關，且國外該公司所用的材料體系是T300/5208，而文獻中提供了該材料體系典型結構鋪層試樣的沖擊能量~壓縮破壞應變曲線的門檻值為2800με，只要將國內軍機所用材料同樣結構典型鋪層試樣的沖擊能量~壓縮破壞應變曲線門檻值與其進行比較，即可確定國內軍機所用材料體系的壓縮設計值。在設計經驗比較缺乏的1990年代，根據作者提出的這種確定壓縮設計值的簡便方法，解決了軍機復合材料結構研制中遇到的一系列問題。
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概述
材料的性能在很大程度上受其微觀結構影響。本文檔使用 Ansys 材料設計器展示四種不同類型的微觀結構及其對應的宏觀尺度材料性能：隨機單向纖維結構、體心立方顆粒結構、金剛石晶格結構和編織結構。
目標
理解微觀結構與宏觀尺度材料性能之間的關系
步驟
案例1：隨機單向纖維（木材）
1. 打開 Ansys Workbench，創建一個“材料設計器”組件。檢查單位。
2.
本文原刊登于Ansys.com：《Boost Your Ansys Workflow: 5 Tips for Faster, More Accurate Structural Checks》
編輯整理：邱成宇 | Ansys 高級應用工程師
在結構工程中，精度和效率是必須滿足的目標。由于項目變得越來越復雜，能夠在確保符合行業標準的同時簡化工作流程，對于取得成功的結果非常關鍵。
本文將介紹使用
原始文獻：《Mechanical modelling of indentation-induced densification in amorphous silica》
該文章為了模擬非晶態二氧化硅的壓縮力學性能，把拉伸與壓縮分開處理：拉伸側采用熟悉的 von Mises 屈服，壓縮側則切換到 cap 屈服面。這樣的設計，正好對應了非晶二氧化硅在壓痕加載下“既會發生剪切塑性，又會發生永久致密化
突破長度極限，開啟制造新紀元
在高端復合材料領域，長度一直是衡量制造能力的核心標尺。傳統CF/PEEK單向帶受限于工藝瓶頸，往往只能提供數十米至數百米的斷續產品，接頭頻繁、性能波動、效率低下成為困擾行業的頑疾。
如今，江蘇君華特種高分子材料股份有限公司自豪地推出連續長度1000米CF/PEEK預浸帶（LU-CF/PEEK）—這不是簡單的數字疊加，而是熱塑性預浸料制造技術的革命性跨越。
今日16:00，Ansys官方『Ansys 結構輕量化優化設計解決方案及案例分析』介紹Ansys Mechanical拓撲優化仿真解決方案，以及輕量化結構設計的工程案例分析，感興趣的下滑預約學習??
時間：5月12日（星期二），16:00-17:00
內容簡介：
1. Ansys Mechanical 拓撲優化仿真解決方案
2.輕量化結構設計案例分析
講師：
構成光學系統最基礎的結構單元都離不開單透鏡、膠合透鏡以及各種形式反射棱鏡的組合。所有的光學系統進行初始設計階段都必然要從該類結構單元設計為起點。其中透鏡單元中最基礎的則是單透鏡、雙膠合透鏡以及由單透鏡和雙膠合透鏡組成的單透鏡—雙膠合透鏡或雙膠合透鏡—單透鏡組合等幾種常見的結構形式。在選擇“系統結構單元初始設計”的菜單后出現的小窗體內有一個書簽式選項選擇上述五種透鏡的設計選項，如圖1所示。
復合材料多尺度力學仿真中，代表性體積單元（RVE）的幾何建模與網格劃分是前處理階段的主要工作之一。受周期性邊界條件的約束，纖維在模型邊界處的切割精度直接影響后續網格匹配。當纖維端面與基體表面未能完全共面時，往往產生微小幾何階躍，導致節點投影誤差。這些問題在手動腳本處理時出錯的概率較高。
針對上述情況，基于Abaqus環境開發了Periodic RVE Generator插件，對纖維生成
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OCAD：反射棱鏡的初始結構設計16天前
構成光學系統最基礎的結構單元都離不開單透鏡、膠合透鏡以及各種形式反射棱鏡的組合。所有的光學系統進行初始設計階段都必然要從該類結構單元設計為起點。其中透鏡單元中最基礎的則是單透鏡、雙膠合透鏡以及由單透鏡和雙膠合透鏡組成的單透鏡—雙膠合透鏡或雙膠合透鏡—單透鏡組合等幾種常見的結構形式。在選擇“系統結構單元初始設計”的菜單后出現的小窗體內有一個書簽式選項選擇上述五種透鏡的設計選項，如圖1所示。
授課時間
2026/5/19（二）-5/20（三）
AM 9:00-PM 16:00
授課地點
上海市嘉定區南翔銀翔路819號中暨大廈18樓1805室
課程講師
訊技光電工程團隊及資深顧問
課程費用
4800RMB/1人次
(課程包含課程材料費、開票稅金、午餐費)
課程簡介
