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1、复合材料四边简支板模态分析摘要：本文介绍了复合材料四边简支板的模态分析过程，介绍了ANSYS复合材料结构分析的基本方法、步骤和过程，并介绍了单元类型的选择、建模及后处理等多方面的内容。关键词：有限元；弹塑性；简支板；模态分析Modal Analysis of Composite Material Plate with Four Simply Supported EdgesAbtract: This paper introduces the modal analysis process of composite material plate with four simply supported
2、edges.This paper introduces the basic methods, steps and process of the ANSYS composite structure analysis , and introduces the unit type selection, modeling and post-processing and other aspects of content.Key Words: Finite element；Elastic plastic；Simply supported plate；Modal analysis一、前言如图1所示的四边简支
3、复合材料叠层方板，边长为8m,厚为0.04m,密度为2.16。叠层板共8层，铺层为0/45/-45/90s,单层厚度为0.005m，各层材料属性和厚度均相同，其中 ，试对其进行模态分析。图1 四边简支复合材料叠层板示意图二、 基于图形界面(GUI)的交互式操作(step by step)过程如下 2.1定义工作环境（1）直接启动ANSYS，进入ANSYS Multiphysics Utility Menu界面，利用File菜单下的Change Diretory、Change Jobname和Change Titile命令分别定义文件工作路径、文件名和文件标题。2.2定义单元类型和材料属性（1）
4、选择命令Main MenuPreferences，在Individual discipline to show in the GUI栏中选中Structural复选框，过滤掉ANSYS GUI菜单中与结构分析无关的选项，单击OK按钮关闭该对话框。（2）选择Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete命令，弹出Element Types对话框，单击Add按钮，弹出Library of Element types 对话框，在Library of Element types列表框中选择Solidlayered46单元，即SOLID46 elemen
5、t type options对话框，如图所示，保持默认设置。单击OK按钮，弹出MoreSOLID46 element type options对话框，如图所示，保持默认设置，单击OK按钮关闭对话框，单击Close按钮关闭Element Types对话框。（3）选择Main menuPreprocessorMaterial PropsMaterial Models命令，弹出Define Material Model Behavior对话框，在Material Models Available栏中依次展开StructruaLinear Elasticorthotropic选项，弹出对话框，设置参数
6、，单击OK按钮关闭该对话框。在Material Models Available 栏中依次展开StructuralDensity选项，弹出对话框，进行参数设置，单击OK按钮关闭该对话框。在Define Material Model Behavior 对话框中选择MaterialExit命令，关闭该对话框。（3）选择Main MenuPreprocessorReal ConstantsAdd/Edit/Delete命令，弹出Real Constants对话框，单击Add按钮，选择SOLIDE46单元，单击OK按钮，弹出对话框，设置实常数编号。单击OK按钮，弹出对话框，设置铺层数及对称性，Numb
7、er of layers为8,Layer Symmetry Key为1.单击OK按钮，返回Real Constants 对话框，单击Close 按钮结束实常数设置。（4）选择ANSYS ToolbarSAVE_DB命令，保存上述操作。2.3创建几何模型（1）选择Main menuPreprocessorModelingCreateVolumesBlockBy Dimensions命令，弹出对话框，设置参数，单击OK按钮关闭该对话框。（2）选择Utility MenuPlotCtrlsView SettingView Direction命令，弹出View Direction对话框，设置参数，单击
8、OK按钮关闭该对话框，此时，ANSYS显示窗口显示如图2所示的生成块的结果。图3 网格划分结果图2 生成块的结果（3）选择ANSYS ToolbarSAVE_DB命令，保存上述操作。2.4划分网格(1)选择Main MenuPreprocessorMeshingMesh AttributesDefault Attribs命令，弹出Meshing Attributes对话框，采用默认设置，单击OK按钮关闭该对话框。(2)选择Main MenuPreprocessorMeshingSize CntrlsManualSizeGlobalSize命令，弹出Global Element Sizes对话框
9、，进行参数设置，单击OK按钮关闭该对话框。(3)选择Main MenuPreprocessorMeshingSize CntrlsManualSizeLinesPicked Lines命令，弹出线段拾取对话框，选择块体的4条短边，单击OK按钮，弹出单元尺寸设置对话框，进行参数设置，单击OK按钮关闭该对话框。(4)选择Main MenuPreprocessorMeshingMeshVolumesMapped4 to 6 sided命令，弹出Mesh Volumes拾取菜单，用鼠标在ANSYS显示窗口中选择块体，单击OK按钮关闭该对话框，网格划分结果如图3所示。(5)选择ANSYS Toolbar
10、SAVE_DB命令，保存上述操作。2.5加载求解(1)选择Main MenuSolutionAnalysis TypeNew Analysis命令,弹出New Analysis对话框，选择分析类型为Modal,单击OK按钮关闭该对话框。(2)选择Main MenuSolutionAnalysis TypeAnalysisOptions命令,弹出Modal Analysis对话框，进行参数设置。单击OK按钮，弹出Block Lanczos Method对话框，采用默认设置,单击OK按钮关闭该对话框。(3)选择Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStruturalD
11、isplacementOn Nodes命令，弹出ApplyU,ROT on Nodes拾取菜单，拾取方式选择Box，选择块体X=-4处的所有节点，单击Apply按钮，弹出ApplyU,ROT on Nodes对话框。在Lab2 DOFs to be constrained列表框中选择UY和UZ选项，单击Apply按钮。按照该方法依次定义X=4处的约束为UY=0和UZ=0，Y=-4和Y=4处的约束为UX=0和UZ=0.定义完约束后的结果如图4所示。图4 定义约束后的结果(4)选择Main MenuSolutionLoad Step OptsOut CtrlsSolu Printout命令，弹出S
12、olution PrintoutControls对话框，保持默认设置，单击OK按钮关闭该对话框。(5)选择Main MenuSolutionSolveCurrent LS命令，弹出/STATUS Command 和Solve Current Load Step对话框，单击OK按钮，ANSYS开始求解计算。(6)求解结束时，弹出Note对话框，单击close按钮关闭该对话框。(7)选择ANSYS ToolbarSAVE_DB命令，保存上述操作。2.6查看求解结果(1)选择Main MenuGeneral PostprocResults summary命令，查看求解结果摘要。(2)选择Main M
13、enuGeneral PostprocRead ResultsFirst Set命令，读入一阶模态求解结果。选择Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsDeformed Shape命令，弹出Plot Deformed Shape对话框，在KUND Item to be plotted 栏中选择Def+under edge 单选按钮，单击OK 按钮，ANSYS显示窗口将显示变形后的几何形状和未变形的轮廓，如图5所示。图6 位移场分布等值线图图5 变形后的几何形状与未变形的轮廓(3)选择Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsCo
14、ntour PlotNodal Solu命令，弹出对话框，在Item to be comtoured列表框中依次展开Nodal SolutionDOF SolutionDiaplacement vector sum选项，其余选项采用默认设置，单击OK 按钮，ANSYS显示窗口将显示如图6所示的位移场分布等值线图。(4)选择Main MenuGeneral PostprocPlotCtrlsAnimateDeformed Results命令，弹出对话框，进行参数设置，单击OK按钮，ANSYS 显示窗口将以动画方式显示一阶模态振型，单击close按钮关闭动画显示。 (5)选择Main MenuGe
15、neral PostprocRead ResultsNext Set命令可以读取下一模态求解结果数据，按照上诉方法可以查看相应的求解结果。(6)选择UtilityFileExit命令，弹出对话框，选择Save Everything单选按钮，单击OK 按钮，关闭ANSYS程序,如图7所示最终动态结果。图7 最终动态结果三、APDL命令流/clear,nostart/filename,chapter13-2,modal analysis/title,chapter13-2,simply supported laminated plate modal analysisC* using solid46/prep76et,1,solid46 r,1,8,1 rmore rmore,1,0,0.005,1,45,0.005 rmore,1,-45,0.005,1,90,0.005 mp,ex,1,25e6 mp,ey,1,1e6mp,ez,1,1e6
