ANSYS Composite PrepPost Modeling Composites the Simple Way安世亚太科技股份有限公司演讲人：刘程伟复合材料简介ANSYS复合材料分析技术 ACP介绍ACP特色功能ACP新功能复合材料简介ANSYS复合材料分析技术 ACP介绍ACP特色功能ACP新功能•复合材料(Composite materials)，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。
•各种材料在性能上取长补短复合材料的分类A.颗粒增强复合材料B.纤维增强复合材料•短纤维增强•长纤维增强复合材料薄片- 由基体和增强体组成的单层结构。
材料属性采用等效的方式。
基体- 一般采用各向同性材料，起到包裹增强体的作用。
纤维增强体- 被基体材料包裹，是复合材料各向异性力学行为的主要原因。
LT叠层组合- 多组复合材料薄片组成，纤维的方向一般不同应用领域•航空航天•风能•运动和娱乐•建筑行业•汽车行业•船舶行业•国防领域•……目录复合材料简介ANSYS复合材料分析技术 ACP介绍ACP特色功能ACP新功能ANSYS 复合材料分析技术•复合材料单元：•Mechanical APDL包含多种复合单元•不同截面属性的3D 梁单元–BEAM188, BEAM189, ELBOW290 elements•2D 轴对称壳单元–SHELL208, SHELL209 elements•3D 铺层壳单元–SHELL181, SHELL281 elements (SHELL131 and SHELL132 are thermal shells)•3D 铺层实体单元–SOLID185, SOLID186, SOLSH190,SOLID278,SOLID279 elementsANSYS 复合材料分析技术•厚度方向仅采用一个单元，模拟复合材料的铺层力学性能–不需要单独的对每层划分网格•可以采用多种失效准则，对复合材料的强度进行评估–最大应变准则–最大应力准则–Tsai-Wu 准则–用户自定义准则•更多的内容参看ANSYS–“Mechanical APDL (formerly ANSYS) > Structural Analysis Guide > Ch. 13 Composites”–“Mechanical APDL (formerly ANSYS) > Structural Analysis Guide > Ch. 16 Beam Analysis and Cross Sections”–“Mechanical APDL (formerly ANSYS) > Structural Analysis Guide > Ch. 17 Shell Analysis and Cross Sections”ET,1,SHELL181! LAYERS PROPERTIESSECTYPE,1,SHELL,,MON_STRATIFIE SECDATA,0.025,1, 0SECDATA,0.500,1, 45SECDATA,0.500,1, -45 SECDATA,0.025,1, 0! ORTHOTROPIC MATERIAL PROPERTIES MP,EX,1,25E6MP,EY,1,1E6MP,EZ,1,1E6MP,GXY,1,5E5MP,GYZ,1,2E5MP,GXZ,1,5E5MP,PRXY,1,0.25MP,PRYZ,1,0.01 SECPLOT,1 (or LAYPLOT command)/PSYMB,ESYS,1THETA = Angle (in degrees) withrespect to element coordinatesystem (ESYS)/ESHAPE,1/EFACET,2EPLOTANSYS 复合材料分析技术目录复合材料简介ANSYS复合材料分析技术 ACP介绍ACP特色功能ACP新功能ANSYS Composite PrepPost介绍ANSYS ACP的主要功能•创建各种形式的复合材料模型•定义复合材料的铺层设置•定义复合材料的纤维方向•对复合材料结构进行评估•评估每层的应力情况•计算复合材料的失效ANSYS ACP分析流程建立几何模型施加边界条件ACP复合材料前处理：铺层信息定义(每层材料属性、厚度、铺层方向角等)ANSYS求解ACP后处理为复合材料加工制作提供必要数据ACP与ANSYS数据传递ANSYS WorkbenchSOLVER定义几何以及边界条件定义铺层信息Write an acp.cdbFileRead the acp.cdbFileImport the results (rstfiles) for postprocessingWrite a *.cdb file withdefined lay-upsLaunch solver其他方式后处理ANSYS Mechanical APDL前处理后处理求解定义材料属性•材料属性的定义同样在ANSYS材料库中进行•定义材料属性的过程中需要考虑纤维的影响•必须的材料属性设置•x, y, z三个方向的杨氏模型•xy, yz, xz三个方向的剪切模量•xy, yz, xz三个方向的泊松比1, x 2, y3, z•失效准则需要定义应力极限值和应变极限值•应力极限值和应变极限值在拉伸和压缩方向一般是不同的应力极限应变极限拉伸X, Y 和 Z 拉伸X, Y 和 Z压缩X, Y 和 Z 压缩X, Y 和 Z剪切XY, YZ 和 XZ 剪切XY, YZ 和 XZ定义材料属性•网格划分过程与普通静力学通用•Mesh中所有的尺寸和选项控制都可以使用•复合材料的建模分析，以面体的网格为起点•ACP同样能够进行实体复合材料的分析•单元集通过Named Selections进行定义•基于Named Selections定义复合材料的铺层•更改几何模型时候需要检查Named Selections的定义单元集Named SelectionsANSYS Composite PrepPost 分析过程•开始复合材料的分析ANSYS Composite PrepPost 界面标准视图模式和视图设置模型树后处理显示设置铺层设置•复合材料铺层设置•采用的纤维层(fabric)•确定需要铺层的位置•铺层的参考方向•增强纤维的方向Static Structural 分析求解ACP (Post) 后处理•失效准则•Max. Strain & Max. Stress •Tsai-Wu•Tsai-Hill•Hashin•Puck•LaRC•Cuntze•Face Sheet Wrinkling•Core Failure•可以在后处理中查看•失效准则•失效模式•关键层•临界载荷步s2t(5) s2t(5)s2t(5)s2t(5)ACP基本功能总结•完全集成于WorkBench平台•直观的创建复合材料铺层•依据制造的过程创建模型•简单高效的修改铺层设置•包含目前通用的失效准则•高效的后处理过程目录复合材料简介ANSYS复合材料分析技术 ACP介绍ACP特色功能ACP新功能Oriented Element Sets利用“方向化单元集”来定义复杂的铺层方向(OES ：Oriented Element Sets) the OES normal the OES reference direction the ply angle直观的铺层定义(Build the laminate lay-up)铺层材料铺层方向角铺层数量查看铺层截面，确认铺层正确无误提供复合材料“Draping”功能Draping coefficients提供多种失效模式定义复合材料失效通常有以下两种:●层间失效(由于剪切或拉伸力作用引起)●层内的纤维或基体破坏失效failure patternout-of-phase micro buckling in-phasemicro bucklingshear failurefiber tensionfiber compression fiber ruptureεm > εfmatrix failureεf > εmtransverse crack interfacial failureshear failure with fiber rupture shear w/o fiber rupturematrix tension matrix compressionACP 强大的后处理功能 Agarwal/Broutman (1990) Agarwal/Broutman (1990) delaminationmatrix crack fiber rupturedebondingmicro-buckling / shear failure实体模型•复合材料模型通常是薄壳类结构•壳体厚度方向应力为零实体模型•壳体厚度方向应力不为零•厚度方向应力产生的效果与垂直于纤维方向应力效果相同，很小的应力会造成复合材料的失效•以下情况建议采用实体复合材料模型•多层复合材料•大变形•厚度方向存在载荷•实体模型的分析流程•实体复合材料模型创建过程类似于制造过程。
•实体复合材料模型同样基于面体进行创建。
•实体模型的创建通过壳体拉伸。
•拉伸的过程依据铺层的设置。
•工作流程完全集成与WorkBench平台•边界条件的设置在Mechanical中定义实体模型•实体模型的应力评估同样在ACP的后处理模块中实现。
•非选定层以透明方式显示，便于查看。
目录复合材料简介ANSYS复合材料分析技术 ACP介绍ACP特色功能ACP新功能复合材料实体单元子模型分析整体结果壳体实体子模型结果复合材料实体单元热计算ACP支持实体热模型计算ACP分层模型•ACP提供分离层的定义，模拟复合材料层间脱离形式。