《ansys复合材料结构分析操作指导书 - 副本》由会员分享，可在线阅读，更多相关《ansys复合材料结构分析操作指导书 - 副本（32页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四章 复合材料计算实例在有了前几章知识做铺垫，这一章我们来学习两个复合材料分析的例子，加深复合材料分析的理解，也希望读者能从中收获一些经验。在这里将第二章的流程图再次拿出来，进一步熟悉ANSYS有限元分析的基本过程。图7 Ansys 结构分析流程图4.1 层合板受压分析4.1.1 问题描述层合板指的是仅仅由FRP层叠而成的复合板材，中间不包含芯材，板材的性能不仅与纤维的弹性模量、剪切模量有关，还与纤维的铺层方向有着密切关系。本例中的板材有4层厚度为0.025m的单元板复合而成，单元板的铺层方向为0、90、90、0，见图13所示。单元板的材料属性见表4.1。表 4.1 单元板材料属性EX/MP
2、EY/MPEZ/MPGXY/MPGYZ/MPGXZ/MPPRXYPRYZPRXZ12.53003005020500.250.250.01图13 复合材料板4.1.2 求解步骤根据问题描述，所要分析的问题为壳体结构的复合材料板，可以采用SOLID46单元建立3D有限元模型进行分析。结合图7的一般步骤进行分析。步骤一：选取单元类型，设置单元实常数、在开始一个新分析前，需要指定文件保存路径和文件名。文件保存路径GUI：【Utility Menu】|【File】|【Change Directory】见图14指定新的文件名GUI：【Utility Menu】|【File】|【Change Jobname
3、】见图15所示图14 指定文件保存路径图15 修改文件名、选取单元类型1） 选取单元类型的GUI操作：【Main Menu】|【Preprocessor】|【Element Type】|【Add/Edit/Delete】，执行后弹出Element Types对话框。2） 在Element Types对话框点击Add定义新的单元类型，弹出“Library of Element Types”对话框，见图16所示，按图中所示选择，单元类型参考号输入框中输入数字1。图16 单元类型对话框3） 点击“OK”，回到“Element Types”对话框见图17所示，从图中可以看到，定义的单元类型参考号为1，
4、单元类型对应为SOLID46。图17 已经定义好的单元类型4） 接下来，还要对单元类型做一些选项设置，点击“Options”，弹出“SOLID46 element type options”对话框，在“Form of input”下拉选择列表中有三个选项，分别是各材料层厚度相同、变厚度材料层、自定义宏观材料本构矩阵，选择不同的选项，会导致后面需要输入的材料参数不同。由于本例各层厚度相同，选择“Const thk layer”项，点击“OK”，弹出“More SOLID46 element type options”，在K8选项中选择“All layers”，然后单击OK，随后单击Element
5、Types对话框上的Close，关闭该对话框，完成单元类型选择，见图18。图18 单元类型关键字设置、设置单元实常数单元实常数设置GUI路径为【Main Menu】|【Preprocessor】|【Real Constants】|【Add/Edit/Delete】，执行后出现Real Constants对话框，单击Add按钮，出现Element Type for Real Constants对话框，单击OK，出现Real Constant Set Number1, for SOLID46，如图19左图所示。在NL框中输入4，表示一共有4层，在LSYM框中输入1，表示对称铺层。图19 单元实常数
6、设置按图19设置完后点击OK，出现Real Constant Set Number1, for SOLID46对话框，见图19右图所示，按图中所示进行设置，点击OK关闭对话框。最后单击Real Constants对话框上的Close按钮完成实常数设置。步骤二：定义材料属性与各项同性材料一样，复合材料在定义材料性质时，需要定义弹性模量、剪切模量和泊松比，所不同的是复合材料需要定义各个方向上的材料性质。定义材料属性的GUI路径为：【Main Menu】|【Preprocessor】|【Material Props】|【Material Models】执行完后弹出Define Material Mo
7、del Behavior对话框，见图20所示，按图中所示选择材料。图20 材料属性列表框选择完后弹出Linear Orthotropic Properties for Material Number1对话框。见图21所示。按图示输入材料属性值。在这里做一点说明，ANSYS软件允许用户使用任何一套相匹配的单位体系，比如：长度、力、时间、温度分别采用m、N、s、作为单位，或采用英制单位体系。单击OK关闭对话框，在Define Material Model Behavior对话框上选择【Material】|【Exit】，结束材料属性定义。图21 材料属性设置对话框步骤三：创建几何模型、划分网格、建立
8、几何模型在这个例题中，选择的单元类型是SOLID46，需要建立实体模型，建模的GUI操作：【Main Menu】|【Preprocessor】|【Modeling】|【Create】|【Volumes】|【Block】|【By Dimension】，执行完后弹出Create Block by Dimensions对话框，相应的输入见图22所示。点击OK，结果如图23所示。图22 创建几何模型对话框图23 创建的几何模型、划分网格由第三章中的介绍知道，在划分网格前还需要对网格密度进行设置。这里采用手动的方法进行设置。手动设置时需要先选中欲控制网格密度的边线，指定其上的节点分布。在长宽方向的边线上
9、放置40个节点，在厚度方向上放置4个节点，具体操作如下：1） 长宽方向上放置节点执行【Utility Menu】|【Select】|【Entities】命令，出现Select Entities对话框，见图24a、b所示，按图所示进行设置，图24a中点击Apply按钮，图24b中点击OK。 （a） （b）图24 选择Z坐标为0及0.1的所有边线执行【Main Menu】|【Preprocessor】|【Meshing】|【Size Cntrls】|【ManualSize】|【Lines】|【All Lines】命令，弹出Element Sizes on All Selected Lines对话框
10、，见图25所示。在NDIV输入框中输入40，对选中的边线等分为40份。图25 手动控制节点分布2） 厚度方向放置节点执行【Utility Menu】|【Select】|【Entities】命令，出现Select Entities对话框，见图26所示，按图所示进行设置，点击Invert按钮，然后点击Cancel完成对剩余边线的选择。图26 选择剩余边线执行【Main Menu】|【Preprocessor】|【Meshing】|【Size Cntrls】|【ManualSize】|【Lines】|【All Lines】命令，弹出Element Sizes on All Selected Line
11、s对话框，见图25所示。在NDIV输入框中输入4，对选中的边线等分为4份。3） 划分网格执行【Utility Menu】|【Select】|【Everything】命令，选择所有实体，然后再执行【Main Menu】|【Preprocessor】|【Meshing】|【MeshTool】命令，出现MeshTool对话框，见图26所示，按图中设置， 图26 网格划分设置设置完后点击Mesh，在绘图区用鼠标单击模型，划分的网格效果见图27所示。图27 网格划分效果展示步骤四：设定边界条件、加载、设置分析类型执行【Main Menu】|【Solution】|【Analysis Type】|【New
12、Analysis】，出现New Analysis对话框，选择分析类型为Static，单击OK结束分析类型设置。、设置边界约束和加载由于边界条件和载荷需要加载到单元节点上，因而需要先选中目标节点。在本例中，由于实体模型比较简单，给大家介绍一种快速选择边界，然后施加边界约束和表面压力的方法。执行【Main Menu】|【Solution】|【Define Loads】|【Apply】|【Structural】|【Displacement】|【On lines】，弹出Apply U，ROT on Lines对话框，见图28所示。执行后鼠标变成竖直向上的一个箭头，在图形显示框中用鼠标单击选择坐标为(1
13、,1)、(1，-1)、(-1,1)、(-1，-1)的四条边线，单击OK，弹出边界约束设置对话框，见图29所示，按图所示进行设置，点击OK，壳体四个角点的约束效果见图30所示。图28 约束施加边界选择对话框图29 边界约束设置对话框图30 角点四条边线的约束效果下面对表面施加压力荷载，需要先选择节点，然后再施加载荷，执行【Utility Menu】|【Select】|【Entities】，弹出图31所示的Select Entities对话框，按图中所示进行设置，设置完后点击OK，就选择了所有z坐标为0.1的节点。执行【Main Menu】|【Solution】|【Define Loads】|【A
14、pply】|【Structural】|【Pressure】|【On Nodes】，出现Apply PRES on Nodes对话框，点击 Pick All，弹出如图32所示的对话框，在VALUE输入框中输入6000，由于采用的单位是国际标准体系单位，所以这里的压强单位是Pa。施加压力后的效果见图33所示，红色的方格线表示施加的是表面载荷。注意图中右上角的文字提示，显示施加的表面载荷是6000。图31 选择需要施加压力的节点图32 施加表面压力对话框图 33 表面压力施加效果图步骤五：求解这一步比较简单，首先执行【Utility Menu】|【Select】|【Everything】命令，选择所
15、有的实体，注意，这一步操作不可以省略，否则将有部分单元和实体不参与计算；然后执行【Main Menu】|【Solution】|【Solve Current LS】，出现Solve Current Load Step对话框，点击OK按钮，ANSYS开始求解计算。计算结束后会出现Note提示框，见图34所示，单击Close关闭该对话框。图34 求解结束提示框步骤六：查看计算结果在查看计算结果之前，需要先读入结果，执行【Main Menu】|【General Postpro】|【Read Results】|【Last Set】，读取最终的求解结果；、位移查看：在读入结果后，执行【Main Menu】|【General Postpro】|【Plot Results】|【Contour Plot】|【Nodal Solu】，出现Contour Nodal Solution Data对话框，在Item to be contoured列表框中选择【Nodal Solution】|【DOF Solution】|【Displacement vector sum】，单
