ANSYS实例材料2

ANSYS 有限元分析实例一

1.问题描述

如图所示悬臂方梁，其一端固定，试通过有限元法分析其在自重的影响下的变形情况。

方梁尺寸：L*W*H=1*0.05*0.01(m),梁的材料为钢，其材料参数为：弹性模量：E=200GPa ；p=7850

3/m kg ,泊松系数：N=0.3。

2.求解步骤

2.1创建有限元模型

2.1.1准备工作

a. 在硬盘中设置用于该工程分析的文件夹；

b. 启动ANSYS ：进入[开始]→[程序]→ANSYS6.1→Interactive ；

在Product selection 选择框中选择ANSYS/Multiphysics/LS-DYNA;

在Working Directiry 对话框，选择保存分析结果的文件夹和分析文件名；

c. 进入ANSYS 后，为分析文件设定标题：File|Change Title,

在“Enter New Title ”对话框中输入标题（Such as Beam or Something ）, 回车。 （如用命令来设置分析标题为“Beam ”, 在命令输入栏中输入：/Title, Beam ）

2.1.2创建关键点

a. 主菜单Preprocessor| Modeling| Create| Keypoint| In Active CS

b. 在对话框中输入：

Keypoint Number:1

X,Y,Z Location in active CS: 0 0 0

Apply

Keypoint Number: 2

X,Y,Z Location in active CS:1 0 0

Apply

Keypoint Number:3

X,Y,Z Location in active CS: 0 0.2 0

Apply

OK

(输入关键点的命令：

/PREP7

k, 1

k, 2, 1

k, 3, 0, 0.2)

2.1.3通过关键点创建直线

a.主菜单Preprocessor| Modeling| Create| Lines| Straight Line

b.在图形显示区中依次选择1、2两个关键点，点击Create Straight…对话框中的OK

(命令：L,1,2)

c.单击自定义工具栏中的SAVE-DB

(命令：SAVE)

2.1.4定义单元

主菜单Preprocessor| Element Type| Add| Delete

单击Add…

Library of Element Type对话框：左：Beam 右：3D2node 188

OK

Close

(命令：ET,1,BEAM188)

2.1.5定义梁的截面

Preprocessor| Selections| Beam| Common Sectns

B: 0.05

H: 0.01

OK

(命令：SEVTYPE, 1, BEAM, RECT

SECOFFSET, CENT

SECDATA, 0.05, 0.01)

2.1.6定义材料属性

a.Preprocessor| Material Props| Material Models

b.Define Material Model Behavior中的Material Models Available中

Structural\Linear\Isotropic

弹性模量EX:200e9

泊松系数PRXY: 0.3

OK

c. Define Material Model Behavior中的Material Models Available中Structural\Density

材料密度DENS:7850

OK

d. 关闭材料属性对话框

(命令：MP, EX, 1, 200E9

MP, PRXY, 1, 0.3

MP, DENS, 1 ,7850)

2.1.7定义网格尺寸

Preprocessor| Meshing| Size Cntrls| Manual Size| Lines| All Lines

No.of element divisiona:20(将直线分为20个单元)

OK

(命令：LESIZE, 1, , , 20)

2.1.8指定线属性（指定梁衡界面的方向）

Preprocessor| Meshing| Mesh Attributes| All Lines

Pick Orientation Keypoints : Yes

用鼠标拾取图形区的关键点3

OK

(命令：LATT,1,,,1,,3,,1)

SAVE_DB

2.1.9划分单元（将几何模型转化为有限元模型）

Preprocessor| Meshing| Mesh| lines

拾取图形区的线

OK

(命令：LMESH,1)

(这时点击应用菜单中的PlotCtrls| Numbering, Node Number ON,可以看线已经被分成20个单元)

2.1.10显示带截面的梁单元

PlotCtrls | Style| Size and Shape

Display of element: ON

OK

(命令：/ESHAPE,1

/REP )

(应用应用菜单PlotCtrls| Pan-Zoom-Rotate| Iso,可以显示模型的真实形状)

2.2施加载荷并求解

2.2.1施加固定约束（梁一端固定，通过位移约束来模拟）

应用菜单Plot| Lines

主菜单Solution| Define Loads| Apply| Structural| Displaycement| On Keypoints拾取图形区中线在原点的一端

OK

DOFs to be constrained: All DOF

Displacement Value:0

OK

(命令：/SOLU

DK,1, , , , , ALL)

2.2.2施加重力载荷

Solution| Define Loads| Apply| Structural| Gravity

Global Cartesian Y-comp:9.8

OK

SAVE_DB

(命令：ACEL, 0, 9.8, 0 )

2.2.3求解

Solution| Solve| Current LS

OK

Close

2.3察看结果

2.3.1察看变形结果

General Postproc| Plot Results| Contour Plot| Nodal Solu Item to be contoured: DOF solution Translation UY OK

(命令：/POST1

PLNSOL, U,Y, 2, 1 )

2.4退出ANSYS

OUIT

Save Everything

轴承座 轴瓦 轴

四个安装孔径向约束 轴承座底部约束 沉孔上的推力 (1000 向下作用力 (5000 ANSYS 基础培训练习题

练习主题：实体建模

EX1：轴承座的实体建模、网格划分、加载、求解及后处理

练习目的：创建实体的方法，工作平面的平移及旋转，布尔运算（相减、粘接、搭接，模型体素的合并，基本网格划分。基本加载、求解及后处理。 问题描述：

具体步骤： 首先进入前处理(/PRE P7)

1. 创建基座模型

生成长方体

Main Me nu ：Pr epr oce sso r>C rea te>Blo ck>By Di men sio ns

输入x1=0,x2=3,y 1=0,y2=1,z1=0,z 2=3

平移并旋转工作平面

Util ity Me nu>Wor kPl ane >Of fse t W P b y I ncr em ent s

X,Y,Z O ffs ets 输入2.25,1.25,.75 点击A pp ly

XY ，YZ ，ZX An gle s 输入0，－90点击OK 。

创建圆柱体

Main Me nu ：Pr epr oce sso r>C rea te>Cyl ind er> S oli d C yli nde r

Radi us 输

入0.75/2, Dep

th 输入－1.5

,点击O K 。

载荷

拷贝生成另一个圆柱体

Main Me nu：Pr epr oce sso r>C opy>Vo lum e拾取圆柱体,点击App ly, D Z输入 1.5然后点击OK

从长方体中减去两个圆柱体

Main Me nu：Pr epr oce sso r>O per ate>Su btr act V olu mes首先拾取被减的长方体，点击A ppl y,然后拾取减去的两个圆柱体，点击O K。

使工作平面与总体笛卡尔坐标系一致

Util ity Me nu>Wor kPl ane>Al ign WP wi th> Gl ob al Car tes ian

2. 创建支撑部分U til ity Me nu:Wo rkP lan e -> Di spl ay Wor kin g Pl ane(t ogg le on)

Main Me nu:Pre pro ces sor-> -Mo de lin g-C rea te -> -Vol ume s-B loc k -> By2 corn ers & Z

在创建实体块的参数表中输入下列数值:

WP X = 0

WP Y = 1

Widt h = 1.5

Heig ht = 1.75

Dept h = 0.75

OK

Tool bar: S AVE_DB

3. 偏移工作平面到轴瓦支架的前表面

Uti lit y Menu: Wor kPlane -> O ffset W P to -> Ke ypoin ts +

1. 在刚刚创建的实体块的左上角拾取关键点

2. OK

Toolbar:SAVE_DB

4．创建轴瓦支架的上部

Ma in Menu:Pre proces sor -> Mode ling-Create-> Vol u mes-Cyl inder -> Parti al Cyl inder+

1). 在创建圆柱的参数表中输入下列参数:

WP X = 0

WP Y = 0

Rad-1 = 0

Theta-1 = 0

Rad-2 = 1.5

Theta-2 = 90

Depth = -0.75

2). OK

Toolbar:SAVE_DB

5. 在轴承孔的位置创建圆柱体为布尔操作生成轴孔做准备

Main Men u: P rep roc ess or -> Mo de lin g-C rea te -> Vo lum e-C yli nde r -> Sol id Cyli nde r +

1.)输入下列参数:

WP X = 0

WP Y = 0

Radi us = 1

Dept h = -0.1875

2.)拾取A ppl y

3.)输入下列参数:

WP X = 0

WP Y = 0

Radi us = 0.85

Dept h = -2

4.)拾取O K

6．从轴瓦支架“减”去圆柱体形成轴孔.Mai n Me nu: Pre pro ces sor -> Mode lin g-O per ate -> Su btr act -> Vo lum es+

1.拾取构成轴瓦支架的两个体，作为布尔“减”操作的母体。单击A ppl y

2.拾取大圆柱作为“减”去的对象。单击Ap ply

3.拾取步1中的两个体，单击App ly

4.拾取小圆柱体，单击OK

Tool bar: S AVE_DB

合并重合的关键点：

–Ma in Men u > Pr epr oce sso r > Nu mbe rin g C tr ls > M erg e I tem s ?

将L abe l 设置为“Key poi nts”,单击[OK]

7. 创建一个关键点

在底座的上部前面边缘线的中点建立一个关键点:

–Ma in Me nu > Pr epr oce sso r > -Mo del ing- Cre ate > K eyp oin ts > KP b etw een K Ps +

?拾取如图的两个关键点,单击[O K]

?RAT I = 0.5,单击[OK]

8. 创建一个三角面并形成三棱柱–Mai n M enu > Pr epr oce sso r > -M ode lin g- Crea te > -Are as- Ar bit rar y > Th rou gh KPs +

1. 拾取轴承孔座与整个基座的交点。

2. 拾取轴承孔上下两个体的交点

3. 拾取基座上上步建立的关键点，单击O K 完成了三角形侧面的建模。

4． 沿面的法向拖拉三角面形成一个三棱柱。

–Ma in Men u > P rep roc ess or > -Mo del ing - O per ate > Ex tru de > -Are as- Al ong Norm al +

?拾取三角面, 单击 [O K]

5. 输入DI ST = -0.15，厚度的方向是向轴承孔中心, 单击 [OK ]

Tool bar : S AVE _DB

9. 关闭 w ork ing pl ane di spl ay.

Util ity Me nu: Wo rkP lan e -> D isp lay Wo rki ng Pl ane (t ogg le off )

10．沿坐标平面镜射生成整个模型.Ma in M enu : Pre pr oce sso r -> Mode lin g-R efl ect -> Vo lum es +

1. 拾取Al l

2. 拾取 “Y-Z p lan e ，单击OK

Tool bar : S AVE _DB

11. 粘接所有体.M ain M enu : P rep roc ess or -> Mo del ing -Op era te -> Bool ean s-G lue -> Vo lum es +

拾取 A ll

Tool bar : S AVE _DB

恭喜! 你已经到达第一块里程碑 -- 几何建模. 下一步是网格划分.

12． 定义单元类型1为10-节点四面体实体结构单元 (SOL ID92)M ain Me nu: Prep roc ess or -> Ele men t T ype -> Ad d/E dit /D ele te ...

1. Add

2. 选择 S tru ctu ral -So lid , 并下拉菜单选择 “Tet 10Nod e 92”单击OK

3. Clos e

13定义材料特性.Ma in Me nu:Pr epr oce sso r -> M ate ri al Pro ps -> Cons tan t-I sot rop ic...

1.OK (将材料号设定为1)

2.在“Y oun g’s Mod ulu s EX”下输入：30e6单击OK。

Tool bar: S AVE_DB

14.用网格划分器Me shT ool将几何模型划分单元.Ma in Men u:

Prep roc ess or -> Mes hTo ol...

1．将智能网格划分器（Sm art Si zin g ）设定为“on”2.将滑动码设置为“8”(可选:如果你的机器速度很快，可将其设置为“7”或更小值来获得更密的网格)

3.确认M esh Too l的各项为: Vol ume s, Tet, F ree

4.MESH

5.Pick Al l

说明: 如果在网格划分过程中出现任何信息，拾取“OK”或“Clo se”。划分网格时网格密度可由滑动码控制，滑动码的调节范围从0-10，当数值较大时网格稀疏，反之，网格加密。

6.关闭M esh Too l

Tool bar: S AVE_DB

恭喜! 你已经到达第二块里程碑-- 网格划分. 下一步是加载.

15. 约束四个安装孔

Ma in Menu: Sol ution -> Load s-Ap ply -> Structur al-D isp lace ment ->Sy mme try

B.C.-On Areas +

1. 绘出Areas(Ut il ity Menu:Pl ot-> Area s)

2. 拾取四个安装孔的8个柱面（每个圆柱面包括两个面）说明：在拾取时，按住鼠标的左键便有实体增亮显示，拖动鼠标时显示的实体随之改变，此时松开左键即选中此实体。单击O K。

16．整个基座的底部施加位移约束(UY=0)Ma in Menu: So lutio n -> Loads-Appl y -> Str uctura l-D isp lace men t -> on L ines +

1. 拾取基座底面的所有外边界线，pic king men u 中的“count”应等于6，单击O K。

2. 选择UY 作为约束自由度，单击O K

17. 在轴承孔圆周上施加推力载荷Ma in Menu: Solut ion -> Loa ds-Appl y -> Struc tural-Pres sure -> On Area s +

1. 拾取轴承孔上宽度为.15”的所有面

2. OK

3. 输入面上的压力值“1000 ”，单击Appl y

4．Ut il ity Menu: Pl otCtr ls -> Sy mbo ls …5．用箭头显示压力值，(“Sho w pres and conve ct a s”)，单击O K

18.在轴承孔的下半部分施加径向压力载荷，这个载荷是由于受重载的轴承受到支撑作用而产生的。

Whil e s til l i n -> L oad s>A ppl y -> S tru ct ura l-P res sur e -> O n A rea s +

1.拾取宽度为.1875”的下面两个圆柱面

2.OK

3.输入压力值5000

4.OK

Tool bar: S AVE_DB

恭喜! 你已经到达第三块里程碑--加载，下一步是求解。

19.求解.M ain Me nu: So lut ion -> So lve-C urr ent LS

1.浏览s tat us win dow中出现的信息,然后关闭此窗口。

2.OK (开始求解). 关闭由于单元形状检查而出现的警告信息。

3.求解结束后，关闭信息窗口。

恭喜! 你已经到达第四块里程碑-- 求解.下一步是观看结果.

20.绘等效应力(vo n M ise s)图.Ma in Me nu: Ge ner al Pos tpr o c -> Plo t Resu lts -> Co nto ur Plo t-N oda l S olu

1.选择s tre ss

2.选择v on Mis es

3.OK

21.应力动画Ut ili ty Me nu: Pl otC trl s -> Ani mat e -> D efo rme d Res ult s ...

1.选择s tre ss

2.选择v on Mis es

3.OK

播放变形动画,拾取Me dia Pla yer的“>”键。

22.Exi t.T ool bar: Q UIT

1.Save Ev ery thi ng

2.OK

恭喜! 你已经完成了整个分析过程。

Ansys在复合材料结构优化设计中的应用

Ａ一１３玻璃钢学会第十六届玻璃钢／复合材料学术年会论文集２００６年 Ａｍｙｓ在复合材料结构优化设计中的应用 覃海艺，邓京兰 （武汉理工大学材料科学与工程学院，武汉４３００７０） 摘要：优化设计方法在复合材料结构设计中起着十分重要的作用。本文详细介绍了Ａｎｓｙｓ两种优化设计方法．目标函数最优设计和拓扑优化设计的过程，并运用目标函数最优设计方法对复合材料夹层结构进行了最优结构层合设计和运用拓扑优化设计方＇法对玻璃钢圆凳进行了最佳形状设计。结果证明Ａｎｓｙｓ优化设计方法在复合材料结构设计中的有效性。 关键词：Ａｎｓｙｓ；优化设计方法；目标函数最优设计；拓扑优化设计；复合材料 ｌ前言 复合材料是由两种或多种性质不同的材料组成，具有比强度、比刚度高、耐疲劳性能好及材料与性能可设计强等特点，广泛应用于汽车、建筑、航空、卫生等领域。复合材料通过各相组分性能的互补和关联获得优异的性能，因此复合材料各组分之间及材料整体结构的合理布置，充分发挥复合材料的性能已成为设计的关键所在…。Ａｎｓｙｓ软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。优化设计是一种寻找确定最优设计方案的技术，Ａｎｓｙｓ强大的优化设计功能已广泛地应用于复合材料制品的结构设计心Ｊ。 ２Ａｎｓｙｓ中的优化设计方法【３娟ｊ ２．１目标函数最优设计 “最优设计”是指满足所有的设计要求，而且所需（如重量、面积、体积、应力、费用等）的方案最小，即目标函数值最小。也就是说，最优设计方案是一个最有效率的方案。在Ａｎｓｙｓ中设计方案的任何方面都是可以优化的，如尺寸（如厚度）、形状（如过渡圆角的大小）、支撑位置、制造费用、自然频率、材料特性等。实际上，所有可以参数化的Ａｎｓｙｓ选项都可以作优化设计。目标函数最优设计是通过改变设计变量（自变量）的数值，使状态变量（设计变量的函数，因变量）在满足一定条件时，目标函数（因设计变量的改变而有所改变）的值最小。 目标函数最优设计的一般步骤为①生成循环所用的分析文件，该文件须包括整个分析的过程，并满足以下条件：参数化建立模型（ＰＲＥＩｙ７），对模型进行初次求解（ＳＯＬＵＴＩＯＮ），对初次求解的结果提取并指定状态变量和目标函数（ＰＯＳＴｌ／ＰＯＳＴ２６）；②在Ａｎｓｙｓ数据库里建立与分析文件中变量相对应的参数，这一步是标准的做法，但不是必须的（ＢＥＧＩＮ或ＯＰＴ）；③进入ＯＰＴ优化处理器，指定要进行优化设计循环的分析文件（ｏＰＴ）；④声明优化变量：指定哪些参数是设计变量，哪些参数是状态变量，哪个参数是目标函数；⑤选择优化工具或优化算法：优化算法是使单个函数（目标函数）在控制条件下达到最小值的传统算法，包括零阶算法和一阶算法；⑥指定优化循环控制方式，每种优化方法和工具都有相应的循环控制参数，比如最大迭代次数等；⑦进行优化分析；⑧查看设计序列结果（ＯＰＴ）和后处理（ＰＯＳＴｌ／ＰＯＳＴ２６）。 ２．２拓扑优化设计 拓扑优化是指形状优化，有时也称为外型优化。拓扑优化的目标是寻找承受单载荷或多作者简介：覃海艺（１９８０?），男，在读硕士。 ４９

ANSYS复合材料仿真分析及其在航空领域的应用

ANSYS复合材料仿真分析及其在航空领域的应用 复合材料，是由两种或两种以上性质不同的材料组成。主要组分是增强材料和基体材料。复合材料不仅保持了增强材料和基体材料本身的优点，而且通过各相组分性能的互补和关联，获得优异的性能。复合材料具有比强度大、比刚度高、抗疲劳性能好、各向异性、以及材料性能可设计的特点，应用于航空领域中，可以获得显著的减重效益，并改善结构性能。目前，复合材料技术已成为影响飞机发展的关键技术之一，逐渐应用于飞机等结构的主承力构件中，西方先进战斗机上复合材料使用量已达结构总重量的25%以上。飞机结构中，复合材料最常见的结构形式有板壳、实体、夹层、杆梁等结构。板壳结构如机翼蒙皮，实体结构如结构连接件，夹层结构如某些薄翼型和楔型结构，杆梁结构如梁、肋、壁板。此外，采用缠绕工艺制造的筒身结构也可视为层合结构的一种形式。一.复合材料设计分析与有限元方法复合材料层合结构的设计，就是对铺层层数、铺层厚度及铺层角的设计。采用传统的等代设计（等刚度、等强度）、准网络设计等设计方法，复合材料的优异性能难以充分发挥。在复合材料结构分析中，已经广泛采用有限元数值仿真分析，其基本原理在本质上与各向同性材料相同，只是离散方法和本构矩阵不同。复合材 料有限元法中的离散化是双重的，包括了对结构的离散和每一铺层的离散。这样的离散可以使铺层的力学性能、铺层方向、铺层形式直接体现在刚度矩阵中。有限元分析软件，均把增强材料和基体复合在一起，讨论结构的宏观力学行为，因此可以忽略复合材料的多相性导致的微观力学行为，以每一铺层为分析单元。二.ANSYS复合材料仿真技术及其在航空领域应用复合材料具有各向异性、耦合效应、层间剪切等特殊性质，因此复合材料结构的精确仿真，已成为现代航空结构的迫切需求。许多CAE程序都可以进行复合材料的分析，但是大多程序并没有提供完备的功能，使复合材料的精确仿真难以完成。如有些程序不提供非线性分析能力，有些不提供层间剪切应力的求解能力，有些不提供考虑材料失效破坏继续计算能力等等。ANSYS作为一款著名的商业化大型通用有限元软件，广泛应用于航空航天领域，为飞机结构中的复合材料层合结构分析提供了完整精确的解决方案。1.复合材料的有限元模型建立针对飞机结构中的复合材料层合板、梁、实体以及加筋板等结构类型，ANSYS提供一种特殊的复合材料单元———层单元，以模拟各种复合材料，铺层数可达250层以上，并提供一系列技术模拟各种复杂层合结构。复合材料层单元支持非线性、振动特性、热应力、疲劳断裂等各种结构和热的分析功能和算法。2.复合材料的层合结构定义：■铺层结构：ANSYS对于每一铺层可先定义材料性质、铺层角、铺层厚度，然后通过由下到上的顺序逐层叠加组合为复合材料层合结构；也可以通过直接输入材料本构矩阵来定义复合材料性质。■板壳和梁单元截面形状：ANSYS利用截面形状工具可定义矩形、I型、槽型等各种形式；还可以定义各种函数曲线以模拟变厚度截面。3.特殊层合结构的模拟：?变厚度板壳铺层切断：将切断的某铺层厚度定义为零，即可模拟铺层切断前后的板壳实际形状。（图1上）?不同铺层板壳的节点协调：ANSYS板壳层单元的节点均可偏置到任意位置，使不同铺层数板壳的节点在中面或顶面、底面对齐。（图1下）?蜂窝/泡沫夹层结构：ANSYS通过板壳层单元来模拟夹层结构的特性，夹层面板和芯子可以是不同材料。（图2）?板－梁－实体组合结构：ANSYS将实体、板壳与梁等不同类型单元通过MPC技术相联系，各类单元的节点不需要重合并协调，便于飞机等复杂结构模型的处理。4.复合材料有限元模型的检查：复合材料结构模型建立后，可以将板壳和梁单元显示为实际形状，还可以通过图形显示和列表直观地观察铺层厚度、铺层角度和铺层组合形式，方便模型的检查及校对。（图3）5.复合材料层合结构分析ANSYS层单元支持各种静强度刚度、非线性、稳定性、疲劳断裂和振动特性等结构分析。完成分析后，可以图形显示或输出每个铺层及层间的应力和应变等结果（虽然一个单元包含许多铺层），根据这些结果可以判断结构是否失效破坏和满足设计要求。6.复合材料失效准则ANSYS已经预定义了三种复合材料破坏准则来评价复合材料结构安全性，包括最大应变/应力失效准则，蔡－吴（Tsai-Wu）准则。每种强度准则均可定义与温度相关，考虑不同温度下的材料性能。另外，用户也可自定义最多达六种的

ANSYS结构分析指 复合材料

ANSYS结构分析指南第五章复合材料 5.1 复合材料的相关概念 复合材料作为结构应用已有相当长的历史。在现代，复合材料构件已被大量应用于飞行器结构、汽车、体育器材及许多消费产品中。 复合材料由一种以上具有不同结构性质的材料构成，它的主要优点是具有很高的比刚度(刚度与重量之比)。在工程应用中，典型复合材料有纤维和叠层型材料，如玻璃纤维、玻璃环氧树脂、石墨环氧树脂、硼环氧树脂等。 ANSYS程序中提供一种特殊单元--层单元来模拟复合材料。利用这些单元就可以作任意的结构分析了(包括非线性如大挠度和应力刚化等问题)。对于热、磁、电场分析，目前尚未提供层单元。 5.2 建立复合材料模型 与铁或钢等各向同性材料相比，建立复合材料的模型要复杂一些。由于各层材料性能为任意正交各向异性，材料性能与材料主轴取向有关，在定义各层材料的材料性能和方向时要特别注意。本节主要探讨如下问题： 选择合适的单元类型； 定义材料层； 确定失效准则； 应遵循的建模和后处理规则。 5.2.1 选择合适的单元类型 用于建立复合材料模型的单元类型有SHELL99、SHELL91、SHELL181、SOLID46和SOLID191 五种单元。但 ANSYS/Professional 只能使用 SHELL99 和 SHELL46 单元。具体应选择哪一类单元要根据具体应用和所需计算结果类型等来确定。所有的层单元允许失效准则计算。 1、SHELL99--线性层状结构壳单元 SHELL99 是一种八节点三维壳单元，每个节点有六个自由度。该单元主要适用于薄到中等厚度的板和壳结构，一般要求宽厚比应大于10。对于宽厚比小于10的结构，则应考虑选用 SOLID46 来建立模型。SHELL99 允许有多达 250 层的等厚材料层，或者 125 层厚度在单元面内呈现双线性变化的不等材料层。如果材料层大于 250，用户可通过输入自己的材料矩阵形式来建立模型。还可以通过一个选项将单元节点偏置到结构的表层或底层。 2、SHELL91--非线性层状结构壳单元 SHELL91 与 SHELL99 有些类似，只是它允许复合材料最多只有 100 层，而且用户不能输入自己的材料性能矩阵。但是，SHELL91 支持塑性、大应变行为

ANSYS命令流学习笔记圆柱形shell单元的复合材料分析

A N S Y S命令流学习笔记圆柱形s h e l l单元的 复合材料分析 Document serial number【LGGKGB-LGG98YT-LGGT8CB-LGUT-

! ANSYS命令流学习笔记15-圆柱形shell单元的复合材料分析 !学习重点： !1、熟悉单元坐标系下的铺层 当零件形状为规则圆筒时，如何进行铺层建立局部的柱坐标系，将需要铺层单元坐标设置为局部坐标系，进行铺层即可。 譬如圆筒铺层的单元坐标系要建立局部圆柱坐标系。如果还使用笛卡尔坐标系，铺层也能进行，但是铺层方向有很大不同，求解结果也会异常。所以划分网格时，确认单元坐标系选择，划分网格之后，检查单元坐标系情况。确认铺层方向符合预期要求。 本例中要特别注意横向（即Y向）是否符合要求。 !2、熟悉圆面的建模和局部坐标系建立 不解释 !3、熟悉利用MPC施加扭矩 APDL如何对一个圆周施加扭矩在圆心处建立一个节点，然后用MPC单元连接圆心节点和圆周节点，然后在圆心节点上施加一个扭矩即可。 注意将MPC单元的属性改为刚性梁。 注意这里MPC单元的利用，也是自己的一些理解。很多细节也不知道如何在APDL 实现。 !问题描述 ! 传动轴长度为1m，壁厚，直径，铺层共十层，角度为-45/45/-45/45/-45/45/- 45/45/-45/45。一端固定，一端圆周施加扭矩M=2000N·m。 复合材料为横向正交各向异性Ex，Ey，Ez，Vxy，Vyz，Vxz，Gxy，Gyz，Gxz分别为195e9Pa, 35e9Pa, 35e9Pa,, , , 15e9Pa, , 15e9Pa。 应力失效参数：+X:767E6Pa; -X:392E6Pa; +Y:20E6Pa; -Y:70E6Pa; +Z:30E6Pa; -Z:55E6Pa; Sxy: 41E6Pa; Syz: 30E6Pa; Sxz: 41E6Pa。

ANSYS命令流学习笔记15-圆柱形shell单元的复合材料分析

! ANSYS命令流学习笔记15-圆柱形shell单元的复合材料分析 !学习重点： !1、熟悉单元坐标系下的铺层 当零件形状为规则圆筒时，如何进行铺层？建立局部的柱坐标系，将需要铺层单元坐标设置为局部坐标系，进行铺层即可。 譬如圆筒铺层的单元坐标系要建立局部圆柱坐标系。如果还使用笛卡尔坐标系，铺层也能进行，但是铺层方向有很大不同，求解结果也会异常。所以划分网格时，确认单元坐标系选择，划分网格之后，检查单元坐标系情况。确认铺层方向符合预期要求。 本例中要特别注意横向（即Y向）是否符合要求。 !2、熟悉圆面的建模和局部坐标系建立 不解释 !3、熟悉利用MPC施加扭矩 APDL如何对一个圆周施加扭矩？在圆心处建立一个节点，然后用MPC单元连接圆心节点和圆周节点，然后在圆心节点上施加一个扭矩即可。 注意将MPC单元的属性改为刚性梁。 注意这里MPC单元的利用，也是自己的一些理解。很多细节也不知道如何在APDL实现。 !问题描述 ! 传动轴长度为1m，壁厚0.003m，直径0.08m，铺层共十层，角度为-45/45/-45/45/-45/45/-45/45/-45/45。一端固定，一端圆周施加扭矩M=2000N·m。 复合材料为横向正交各向异性Ex，Ey，Ez，Vxy，Vyz，Vxz，Gxy，Gyz，Gxz分别为195e9Pa, 35e9Pa, 35e9Pa,0.28, 0.3, 0.3, 15e9Pa, 3.78e9Pa, 15e9Pa。 应力失效参数：+X:767E6Pa; -X:392E6Pa; +Y:20E6Pa; -Y:70E6Pa; +Z:30E6Pa; -Z:55E6Pa; Sxy: 41E6Pa; Syz: 30E6Pa; Sxz: 41E6Pa。 应变失效参数：+X:0.05; -X:0.045; +Y:0.08; -Y:0.06; +Z:0.04; -Z:0.045; Sxy: 0.035; Syz: 0.042; Sxz:0.025。

ANSYS命令流学习笔记14-shell单元的铺层复合材料分析

! ANSYS命令流学习笔记14-shell单元的铺层复合材料分析!学习重点： !1、熟悉复合材料的材料特点 工程应用中典型的复合材料为纤维增强复合材料。玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）、碳纤维、石墨纤维、硼纤维等高强度和高模量纤维。复合材料各层为正交各向异性材料（Orthotropic）或者横向各向异性材料（Transversal Isotropic），材料的性能与材料主轴的取向有关。 各向异性Anisotropic，一般的各项同性材料需要两个材料参数弹性模量E和泊松比v。而各向异性在XYZ有着不同的材料属性，而且拉伸行为和剪切行为互相关联。定义其几何方程需要21个参数。 正交各向异性orthotropic，在XYZ有着不同的材料属性，而且拉伸行为和剪切行为无关，定义材料需要9个参数：Ex，Ey，Ez，Vxy，Vyz，Vxz，Gxy，Gyz，Gxz。 横向各向异性Transversal Isotropic，属于各向异性材料，但是在某个平面上表现出二维上的各向同性。

!2、熟悉复合材料分析所用的ANSYS单元 复合材料单元关键在于能够实现铺层。不同截面属性的梁单元（beam188, beam189, elbow290），2D对称壳单元（shell208, shell209），3D铺层壳单元（shell181, shell281, shell131, shell132），3D铺层实体单元（solid185, solid186, solsh190, solid278, solid279），均能实现复合材料的搭建。其中Beam单元和2D对称壳单元很少使用。SHELL91、SHELL99、SOLID46、SOLID191用于一些以前的分析教程中，但是现在这些单元已经被淘汰，最好选择下列单元区替代他们。用越来越少的单元做越来越多的事情也是趋势。 Shell208和shell209，2D对称壳单元 前者为2节点3自由度单元，后者为3节点3自由度单元，均能用于薄板和中厚板结构（L/h > 5-8）。能够用于复合材料铺层，三明治结构建模。 shell181和shell281, 3D铺层壳单元 前者为4节点6自由度单元，后者为8节点6自由度单元，均能用于薄板和中厚板结构（L/h > 5-8）。能够用于复合材料铺层，三明治结构建模。复合材料计算精度由一阶剪切变形理论决定。shell131, shell132为热分析单元，单元类型分别类似于shell181，shell281。 [注：经典变形理论假设变形后的中位线仍然垂直于中面，且长度不变。一阶变形理论假设变形后的法线仍然为直线且长度不变。三阶阶变形理论假设变形后的法线为三阶曲线。] solid185和solid186, 3D铺层实体单元 前者为8节点3自由度单元，后者为20节点3自由度单元，用于厚板和实体的复合材料分析，均为六面体单元，均可退化为六棱柱单元。Solid278, solid279为热分析单元，单元类型分别类似于solid185，solid186。 Solsh190，3D铺层实体壳单元 8节点3自由度单元，类似实体单元，但是用于薄板和中厚度板的壳结构分析，其结构行为遵循一阶剪切变形理论。 !3、熟悉复合材料的失效准则

ANSYS-复合材料实例2

MSC/NASTRAN 113 Exercise Workbook 1a-1 WORKSHOP PROBLEM 1a Uniaxial Loading of a Laminar Composite Plate (Part I) X Y Z 1” 1” F t = 0. 0108” Objectives: s Create composite material definition.s Create model.s Specify loads. s Create a MSC/NASTRAN input file directly or by using MSC/PATRAN.s Run the analysis using MSC/NASTRAN.s Review deformed shape.

1a-2MSC/NASTRAN 113 Exercise Workbook

WORKSHOP 1a Uniaxial Loading - Part I MSC/NASTRAN 113 Exercise Workbook 1a-3 Model Description: The figure below shows a 2-ply composite plate with uniaxial loading. Figure 1a-1 The plies are a typical graphite/epoxy tape with the following properties: Table 1a-1: Material Properties Elastic Modulus, 1-120 x 106 psi Elastic Modulus, 1-2 2 x 106 psi Poisson Ratio 0.35Shear Modulus 1 x 106 psi Layer Thickness (in) .0054 in X Y Z 1” 1” F t = 0. 0108”

基于ANSYS的大型复合材料风力机叶片结构分析

国　防　科　技　大　学　学　报 第32卷第2期 JOURNA L OF NA TIONA L UNIVERSITY OF DEFE NSE TECHNO LOGY V ol.32N o.22010文章编号:1001-2486(2010)02-0046-05 基于ANSYS的大型复合材料风力机叶片结构分析Ξ 周鹏展1,2,3,肖加余1,曾竟成1,王　进2,杨　军2 (1.国防科技大学航天与材料工程学院,湖南长沙　410073; 2.株洲时代新材料科技股份有限公司,湖南株洲　412007; 3.长沙理工大学能源与动力工程学院,湖南长沙　410076) 摘　要:基于ANSY S软件,对某款应用于G L3A风场的1500kW大型复合材料风力机叶片进行了结构分析。分析结果表明:该叶片的振型以一阶挥舞和一阶摆振为主,其频率分别为0186H z和1159H z;在极限挥舞 载荷作用下,该叶片有限元模型计算得到的叶尖挠度为81445m,而该叶片全尺寸静力试验得到的极限挥舞载 荷作用下的叶尖挠度为8112m,计算值与试验值的误差只有318%;另外,该叶片的最大计算拉应力和压应力 分别为228MPa和201MPa,而该叶片玻纤Π环氧复合材料实测拉伸强度和实测压缩失稳强度分别为720MPa和 380MPa,其计算最大应力只有对应实测极限强度的3117%和5219%。 关键词:复合材料;风力机叶片;结构分析;极限挥舞载荷 中图分类号:TK8 文献标识码:A Structural Analysis of Large2scale Composite Wind Turbine B lade B ased on ANSYS ZH OU Peng2zhan1,2,3,XI AO Jia2yu1,ZE NGJing2cheng1,W ANGJin2,Y ANGJun2 (1.C ollege of Aerospace and M aterial Engineering,National Univ.of Defense T echnology,Changsha410073,China; 2.Zhuzhou T imes New M aterial T echnology C o.Ltd.,Zhuzhou412007,China; 3.C ollege of Energy and P ower Engineering,Changsha Univ.of Science&T echnology,Changsha410076,China) Abstract:Based on the ANSY S s oftware,the structural analysis of a kind of1500kW large2scale com posite wind turbine blade which applied in G L3A wind farm was carried out.The analysis results show that the vibration m odes of this blade are mainly presented as first flapwise m ode and first edgewise m ode,the frequencies of the vibration are respectively0.86H z and1.59H z.At the action of ultimate flapwise loads,the FE M analysis results show that the blade tip deformation is8.445m,while the blade tip deformation of the full scale blade under static test is8.12m,s o the deviation between the calculated and tested value of the blade tip deformation is only 3.8%.M oreover,the calculated maximum tensile stress and the com pressive stress are228MPa and201MPa,while the tested tensile strength and com pressive buckling strength of the glass2fiberΠepoxy com posite are720MPa and380MPa,respectively.C onsequently,the percentages of the calculated maximum stress and the tested ultimate strength are respectively31.7%and52.9%. K ey w ords:com posite;wind turbine blade;structural analysis;ultimate flapwise load 风力机叶片是风力发电机组的关键部件之一,随着世界风力发电机组向大功率方向发展,风力机叶片的长度越来越长,目前世界最长的复合材料风力机叶片是丹麦LM公司生产的,其长度已达6115m,单片重约18t,从而对叶片结构的强度、刚度、重量等的设计提出了更高的要求[1-3]。复合材料具有比强度高、比刚度高、重量轻、可设计性强、承力性能好等特点[4-5],因而在大型风力机叶片中获得了广泛应用。风力机叶片的结构分析作为风力机叶片结构设计的技术基础之一,开始在大功率风力机叶片结构的校核与优化设计中发挥着日益重要的作用。 由于大型复合材料风力机叶片的外形结构和铺层结构都非常复杂,其外形由不同翼型构建而成,属Ξ收稿日期:2009-09-22 基金项目:国家863计划资助项目(2007AA03Z563);中国博士后科学基金资助项目(20070420832);湖南省科技资助项目(2008RS4033) 作者简介:周鹏展(1973—),男,博士后。

Ansys复合材料结构分析操作指导书

Ansys10.0 复合材料结构分析操作指导书

第一章概述 复合材料是两种或两种以上物理或化学性质不同的材料复合在一起而形成的一种多相固体材料，具有很高的比刚度和比强度（刚度和强度与密度的比值），因而应用相当广泛，其应用即涉及航空、航天等高科技领域，也包括游艇、风电叶片等诸多民用领域。由于复合材料结构复杂，材料性质特殊，对其结构进行分析需要借助数值模拟的方法，众多数值模拟软件中Ansys是个不错的选择。 Ansys软件由美国ANSYS公司开发，是目前世界上唯一一款通过ISO9001质量体系认证的分析设计软件，有着近40年的发展历史，经过多次升级和收购其它CAE(Computer Aided Engineering )软件，目前已经发展成集结构力学、流体力学、电磁学、声学和热学分析于一体的大型通用有限元分析软件，是一款不可多得的工程分析软件。Ansys在做复合材料结构分析方面也有不俗的表现，此书将介绍如何使用该款软件进行复合材料结构分析。在开始之前有以下几点需要说明，希望大家能对有限元法有大体的认识，以及Ansys软件有哪些改进，最后给出一些学习Ansys软件的建议。 1、有限元分析方法应用简介 有限元法(Finite Element Method，简称FEM)是建立在严格数学分析理论上的一种数值分析方法。该方法的基本思想是离散化模型，将求解目标离散成有限个单元(Element)，并在每个单元上指定有限个节点(Node)，单元通过节点相 连构成整个有限元模型，用该模型代替实际结构进行结构分析。在对结构离散后，要求解的基本未知量就转变为各个节点位移(Ansys中称之为DOF(Degree Of Freedom)，试想一下，节点的位移包括沿x,y,z轴的平动和转动，也就是节点的自由度)，节点位移通过求解一系列代数方程组得到，在求得节点位移后，利用节点位移和应力、应变之间的关系矩阵就可以求出各个节点上的应力、应变，应用线性插值便可以获得单元内任意位置的位移、应力、应变等信息。 2、Ansys软件的发展近况 Ansys软件目前已发展到Ansys V12版本，从V10开始Ansys加入了一个新的工作环境Workbench，原先的Ansys被称为Ansys (classic)，虽然操作界面不同，但两者的求解器是一样的。Ansys (classic)的前处理功能相对较弱（主要是建模方面），因而往往需要借助第三方软件，如CAD软件。也许是迫于另一个有限元分析软件ABQUS的竞争压力，Ansys推出了新的Workbench工作环境，Workbench在建模、划分网格、求解和后处理上都作了改进，尤其在建模和划分

ANSYS在玻璃钢-混凝土复合材料结构中的计算分析

ANSYS在玻璃钢-混凝土复合材料结构中的计算分析 殷波 （扬州大学水利与建筑工程学院土木工程系，扬州225009） 摘要：混凝土结构由于受荷载变化、材料、施工质量等因素影响，会造成结构的强度、刚度不足，玻璃钢-混凝土复合材料结构则改善其性能。本文通过ansys有限元软件计算，分析说明了玻璃钢-混凝土复合材料结构将有力的提高结构的强度和刚度。 关键词：ansys，混凝土、玻璃钢-混凝土、有限元、复合材料 ANSYS’s calculation in glass fibre reinforced plastics- concrete composite material structure YIN BO (Dept.of Civil Engin,Hydr and Civil Engin Coll, Yangzhou University, Yangzhou, 225009, China) Abstract: As the variety of load、material、constructional quality and so on ,concrete structure may be insufficient in intensity and rigidity. Glass fibre reinforced plastics- concrete composite material structure can improve its capacity. With the calculation of ansys, this paper indicate that glass fibre reinforced plastics-concrete composite material structure will raise the intensity and rigidity. Key words: ansys ,concrete, glass fibre reinforced plastics- concrete, finite element; composite material 1．前言 钢筋混凝土结构合理地利用钢筋和混凝土两种材料的力学性能，因而具有整体性、耐久性等优点。但同时也存在着自重大等缺点，在受弯构件中较显著。自重太大，对于设计大跨度结构、高层建筑以及抗震结构都很不利。针对普通钢筋混凝土梁以及经由玻璃钢加固的钢筋混凝土复合梁，通过ansys有限元软件计算分析说明了玻璃钢-混凝土复合材料结构将提高其强度和刚度。 2．用ANSYS进行有限元计算 有限元法是目前工程技术领域中实用性最强、应用最为广泛的数值计算方法。它的基本思想是将问题的求解域划分为一系列单元，单元之间靠节点连接。单元内部点的待求物理量可由单元节点物理量通过选定的函数关系插值求得。由于单元形状简单，易于由平衡关系或能量关系建立节点量之间的方程式，然后由单元方程再形成总体代数方程组，加入边界条件后即可对方程组求解。以ANSYS为代表的有限元分析软件具有以下优点:减少设计成本、缩短设计和分析的循环周期、增加产品和工程的可靠性、采用优化设计、降低材料的消耗和成本、在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题、可以进行模拟实验分析、进行机械事故分析,查找事故原因。ANSYS软件是集结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元分析软件,可广泛地应用于土木工程、

最新ansys_复合材料分析汇总

a n s y s_复合材料分析

第五章复合材料 5.1 复合材料的相关概念 复合材料作为结构应用已有相当长的历史。在现代，复合材料构件已被大量应用于飞行器结构、汽车、体育器材及许多消费产品中。 复合材料由一种以上具有不同结构性质的材料构成，它的主要优点是具有很高的比刚度(刚度与重量之比)。在工程应用中，典型复合材料有纤维和叠层型材料，如玻璃纤维、玻璃环氧树脂、石墨环氧树脂、硼环氧树脂等。 ANSYS程序中提供一种特殊单元--层单元来模拟复合材料。利用这些单元就可以作任意的结构分析了(包括非线性如大挠度和应力刚化等问题)。对于热、磁、电场分析，目前尚未提供层单元。 5.2 建立复合材料模型 与铁或钢等各向同性材料相比，建立复合材料的模型要复杂一些。由于各层材料性能为任意正交各向异性，材料性能与材料主轴取向有关，在定义各层材料的材料性能和方向时要特别注意。本节主要探讨如下问题： 选择合适的单元类型； 定义材料层； 确定失效准则； 应遵循的建模和后处理规则。 5.2.1 选择合适的单元类型 用于建立复合材料模型的单元类型有SHELL99、SHELL91、 SHELL181、SOLID46和SOLID191 五种单元。但 ANSYS/Professional 只能使用SHELL99 和 SHELL46 单元。具体应选择哪一类单元要根据具体应用和所需计算结果类型等来确定。所有的层单元允许失效准则计算。 1、SHELL99--线性层状结构壳单元 SHELL99 是一种八节点三维壳单元，每个节点有六个自由度。该单元主要适用于薄到中等厚度的板和壳结构，一般要求宽厚比应大于10。对于宽厚比小于10的结构，则应考虑选用 SOLID46 来建立模型。SHELL99 允许有多达 250 层的等厚材料层，或者 125 层厚度在单元面内呈现双线性变化的不等材料层。如果材料层大于 250，用户可通过输入自己的材料矩阵形式来建立模型。还可以通过一个选项将单元节点偏置到结构的表层或底层。 2、SHELL91--非线性层状结构壳单元 SHELL91 与 SHELL99 有些类似，只是它允许复合材料最多只有100 层，而且用户不能输入自己的材料性能矩阵。但是，SHELL91 支持塑性、

第二章 有限元法及其软件ANSYS在压电复合材料分析中的应用

第二章有限元法及其软件ANSYS在压电复合材料分析中的应用2.1 有限元法概述 在工程技术领域中有许多力学问题和场问题，例如固体力学中的应力应变场和位移场分析以及电磁学中的电磁场分析、振动模态分析等，都可以看作是在一定的边界条件下求解其基本微分方程的问题。虽然人们已经建立了它们的基本方程和边界条件，但只有少数简单的问题才能求出其解析解。。对于那些数学方程比较复杂，物力边界形状又不规则，承受任意载荷的问题，采用解析法求解在数学上往往会遇到难于克服的困难。通常对于这类问题，往往采用各种行之有效的数值计算方法来获得工程需要的数值解，比如有限元法。 有限元法的基本思想最早出现在20世纪40年代初 期，但是直到1960年，美国的Clough.R.W在一篇论文 中首次使用“有限元法”这个名词。在20世纪60年代 末70年代初，有限元法在理论上已基本成熟，并开始 出现商业化的有限元分析软件，如ANSYS等。 有限元发的基本思想是将连续的结构离散成有限 个单元，并在每一个单元中设定有限个节点，将连续体 看作是只在节点处相连接的一组单元的集合体；同时选 定场函数的节点值作为基本未知量，并在每一个单元中 假设一近似插值函数以表示单元中场函数的分布规律； 进而利用力学中某些变分原理去建立节点未知量的有 限元法方程，从而将一个连续域中的无限自由度问 题化为离散域中的有限自由度问题。一经求解就可以利 用解得的节点值和设定的插值函数确定单元上以致整 个集合体上的场函数。有限元求解程序的内部过程如图 2-1所示。 2.2 压电复合材料的有限元分析方法 传统上我们一般采用常用的细观力学方法分析压电复合材料的有效性能，主要目的是建立材料的宏观有效性能，包括弹性、压电和介电性能，与细观结构的定量关系，以指导材料的设计和制造。但是对于一般的细观力学方法来说，例如Dilute模型，自洽方法，Mori-Tanaka 模型和微分方法等，其建立起来的力学模型中涉及了大量复杂的积分和微分公式，用普通的解析法一般无法准确的求出正确解。例如Dunn和Taya使用常用的细观力学模型自洽方法，Mori-Tanaka模型和微分方法对压电复合材料的压电系数进行了预报，并与实验数据进行比较。结果表明：除了体积分数较小时，这些方法给出了比较接近的数值结果；但是当体积分数较大时，其数值结果就跟实验结果有很大的差别。 而压电复合材料作为两种和两种以上组成的宏观非均匀材料可以用合适的具有某种周期分布的微结构材料来表示，这样针对某一周期的非均匀材料单元，利用通常的有限元及边界元方法，可以数值上求得纤维、基体及界面处的应力分布，在此基础上可以预报复合材料的有效性能。这弥补了应用常规细观力学方法无法预报纤维或高体积分数及具有复杂微分结构材料等情况的不足。 2.2.1 基本耦合公式 压电线性理论的基本耦合公式（Tiersten，1969）如下：

ANSYS复合材料仿真分析

在ANSYS 中可以定义多种材料属性： 主菜单-> preprocesser -> Material Prop -> Material Models -> 打开Define Material Model Behavior 对话框 -> 顶部菜单中：Material -> New Model ... -> 弹出Define Material ID 对话框-> 定义更多的材料 ANSYS复合材料仿真分析 2009-05-23 23:31 复合材料，是由两种或两种以上性质不同的材料组成。主要组分是增强材料和基体材料。复合材料不仅保持了增强材料和基体材料本身的优点，而且通过各相组分性能的互补和关联，获得优异的性能。复合材料具有比强度大、比刚度高、抗疲劳性能好、各向异性、以及材料性能可设计的特点，应用于航空领域中，可以获得显著的减重效益，并改善结构性能。 目前，复合材料技术已成为影响飞机发展的关键技术之一，逐渐应用于飞机等结构的主承力构件中，西方先进战斗机上复合材料使用量已达结构总重量的25%以上。飞机结构中，复合材料最常见的结构形式有板壳、实体、夹层、杆梁等结构。板壳结构如机翼蒙皮，实体结构如结构连接件，夹层结构如某些薄翼型和楔型结构，杆梁结构如梁、肋、壁板。此外，采用缠绕工艺制造的筒身结构也可视为层合结构的一种形式。 一.复合材料设计分析与有限元方法 复合材料层合结构的设计，就是对铺层层数、铺层厚度及铺层角的设计。采用传统的等代设计（等刚度、等强度）、准网络设计等设计方法，复

合材料的优异性能难以充分发挥。在复合材料结构分析中，已经广泛采用有限元数值仿真分析，其基本原理在本质上与各向同性材料相同，只是离散方法和本构矩阵不同。复合材料有限元法中的离散化是双重的，包括了对结构的离散和每一铺层的离散。这样的离散可以使铺层的力学性能、铺层方向、铺层形式直接体现在刚度矩阵中。有限元分析软件，均把增强材料和基体复合在一起，讨论结构的宏观力学行为，因此可以忽略复合材料的多相性导致的微观力学行为，以每一铺层为分析单元。 二.ANSYS复合材料仿真技术及其在航空领域应用 复合材料具有各向异性、耦合效应、层间剪切等特殊性质，因此复合材料结构的精确仿真，已成为现代航空结构的迫切需求。 许多CAE程序都可以进行复合材料的分析，但是大多程序并没有提供完备的功能，使复合材料的精确仿真难以完成。如有些程序不提供非线性分析能力，有些不提供层间剪切应力的求解能力，有些不提供考虑材料失效破坏继续计算能力等等。ANSYS作为一款著名的商业化大型通用有限元软件，广泛应用于航空航天领域，为飞机结构中的复合材料层合结构分析提供了完整精确的解决方案。 1.复合材料的有限元模型建立针对飞机结构中的复合材料层合板、梁、实体以及加筋板等结构类型，ANSYS提供一种特殊的复合材料单元

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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 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 ⑴、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】见图15所示 图14 指定文件保存路径 图15 修改文件名 ⑵、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，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ElementTypes 对话框上的Close，关闭该对话框，完成单元类型选择，见图18。

ansys 复合材料分析

第五章复合材料 5.1 复合材料的相关概念 复合材料作为结构应用已有相当长的历史。在现代，复合材料构件已被大量应用于飞行器结构、汽车、体育器材及许多消费产品中。 复合材料由一种以上具有不同结构性质的材料构成，它的主要优点是具有很高的比刚度(刚度与重量之比)。在工程应用中，典型复合材料有纤维和叠层型材料，如玻璃纤维、玻璃环氧树脂、石墨环氧树脂、硼环氧树脂等。 ANSYS程序中提供一种特殊单元--层单元来模拟复合材料。利用这些单元就可以作任意的结构分析了(包括非线性如大挠度和应力刚化等问题)。对于热、磁、电场分析，目前尚未提供层单元。 5.2 建立复合材料模型 与铁或钢等各向同性材料相比，建立复合材料的模型要复杂一些。由于各层材料性能为任意正交各向异性，材料性能与材料主轴取向有关，在定义各层材料的材料性能和方向时要特别注意。本节主要探讨如下问题： 选择合适的单元类型； 定义材料层； 确定失效准则； 应遵循的建模和后处理规则。 5.2.1 选择合适的单元类型 用于建立复合材料模型的单元类型有SHELL99、SHELL91、SHELL181、SOLID46和SOLID191 五种单元。但 ANSYS/Professional 只能使用 SHELL99 和SHELL46 单元。具体应选择哪一类单元要根据具体应用和所需计算结果类型等来确定。所有的层单元允许失效准则计算。 1、SHELL99--线性层状结构壳单元 SHELL99 是一种八节点三维壳单元，每个节点有六个自由度。该单元主要适用于薄到中等厚度的板和壳结构，一般要求宽厚比应大于10。对于宽厚比小于10的结构，则应考虑选用 SOLID46 来建立模型。SHELL99 允许有多达 250 层的等厚材料层，或者 125 层厚度在单元面内呈现双线性变化的不等材料层。如果材料层大于 250，用户可通过输入自己的材料矩阵形式来建立模型。还可以通过一个选项将单元节点偏置到结构的表层或底层。 2、SHELL91--非线性层状结构壳单元 SHELL91 与 SHELL99 有些类似，只是它允许复合材料最多只有 100 层，而且用户不能输入自己的材料性能矩阵。但是，SHELL91 支持塑性、大应变行为