ansys_复合材料分析（下）
软件: ANSYS
复合材料分析实例：基于GUI方法的有限元法应用
1. 问题描述
在一个开放式结构，具体为长3米、高度0.3米的T型工字梁中，上下翼缘的宽度为0.2米，使用了复合材料T300/5208作为基础材料。该材料为20层对称叠层结构，每层厚度为0.001米，各层在θ角上的方向各不相同，依次为0°、45°、90°、45°、0°等。其力学性质包括：Ex=181 GPa，Ey=Ez=10.3 GPa，Gxy=7.17 GPa，Gyz=3.78 GPa，υ12=0.016，以及沿轴强度指标如σx+=1500 MPa，σx=1500 MPa等。工字梁一端固定，一端受到100N、10000N、100N三种集中力的作用。本研究采用有限元法评估其工作应力和应变、失效应力和失效层等相关设计指标。
2. GUI方式详解
2.1 变形与材料参数定义
通过以下路径，我们可以在GUI界面中设置数据：
菜单路径：Main>Preprocessor>Element type>Add/edit/delete。这一步定义了每层的单元类型，即使用Sheet Shell类型的元素SHELL99，并将其设置为全层类型K8。
Material Props菜单下的Real Constants选项用于设定材料常数，以设置每层材料的具体参数（例如厚度、细胞参数等），证实材料特性与有限元模型的共性。
Material Props模式下的Orthotropic Material Properties确保了材料具有各向异性特性，通过Data Tables界面调整材料强度系数，即弹性模量Ex=181 GPa，Ey=Ez=10.3 GPa，剪切模量Gxy=7.17 GPa及Gyz=3.78 GPa，并设置了泊松比υ12=0.016。
3. 失效准则设定
接着，通过Material Props页面中的Data Tables和Define界面，我们定义了失效准则，设置了疲劳阈值和屈服标准，以评估材料在不同载荷条件下的可靠性和安全性能。
4. 有限元模型构建
模型构建阶段同样是利用GUI界面，从底层操作定义几何形状、网格划分至附加约束和载荷设置了专用路径：
Preprocessor下Modeling菜单提供了定义几何图形的基本步骤，利用创建矩形和偏置工作平面等功能构建与问题描述相符的几何体和分区结构。
Mesh功能则具体执行网格化操作，包括元素大小控制、自由网格化以及编号控制，以确保模型的机械特性和尺寸精度。
5. 算法求解与结果分析
最后，求解阶段与图形用户界面化分析相结合，包含以下几步：
Solution菜单路径下的Loads Apply功能，通过Add / Pick All等操作定义了力加载条件。将通过不同路径设置的约束条件与载荷机械地与模型相连接，从而完成每个特定负载工况的设置。
采用导航菜单下的Go按钮启动求解器，GUI界面上将显示进度和解决反馈历程。但对于大规模问题或特定需求，将通过解算历史窗口获知详尽信息。
General Postpro子菜单中的Element Table操作，则用于通过定制操作表来定义和展示应力、应变、失效应变、和损失率等相关物理量，以直观地分析模型响应及关键局部特征。
在于采用GUI方法进行复合材料的分析而言，简化了从模型构建到结果解读的复杂流程。通过结合实际工程案例，本文详细展示了LSDYNA作为有限元分析工具在复合材料领域中的应用，包括材料参数的精确设定、失效准则的合理定义、模型构建的细致操作以及求解解的分析方法，旨在为后续研究人员和工程师提供有效的求解策略和实践参考。
1. 问题描述
在一个开放式结构，具体为长3米、高度0.3米的T型工字梁中，上下翼缘的宽度为0.2米，使用了复合材料T300/5208作为基础材料。该材料为20层对称叠层结构，每层厚度为0.001米，各层在θ角上的方向各不相同，依次为0°、45°、90°、45°、0°等。其力学性质包括：Ex=181 GPa，Ey=Ez=10.3 GPa，Gxy=7.17 GPa，Gyz=3.78 GPa，υ12=0.016，以及沿轴强度指标如σx+=1500 MPa，σx=1500 MPa等。工字梁一端固定，一端受到100N、10000N、100N三种集中力的作用。本研究采用有限元法评估其工作应力和应变、失效应力和失效层等相关设计指标。
2. GUI方式详解
2.1 变形与材料参数定义
通过以下路径，我们可以在GUI界面中设置数据：
菜单路径：Main>Preprocessor>Element type>Add/edit/delete。这一步定义了每层的单元类型，即使用Sheet Shell类型的元素SHELL99，并将其设置为全层类型K8。
Material Props菜单下的Real Constants选项用于设定材料常数，以设置每层材料的具体参数（例如厚度、细胞参数等），证实材料特性与有限元模型的共性。
Material Props模式下的Orthotropic Material Properties确保了材料具有各向异性特性，通过Data Tables界面调整材料强度系数，即弹性模量Ex=181 GPa，Ey=Ez=10.3 GPa，剪切模量Gxy=7.17 GPa及Gyz=3.78 GPa，并设置了泊松比υ12=0.016。
3. 失效准则设定
接着，通过Material Props页面中的Data Tables和Define界面，我们定义了失效准则，设置了疲劳阈值和屈服标准，以评估材料在不同载荷条件下的可靠性和安全性能。
4. 有限元模型构建
模型构建阶段同样是利用GUI界面，从底层操作定义几何形状、网格划分至附加约束和载荷设置了专用路径：
Preprocessor下Modeling菜单提供了定义几何图形的基本步骤，利用创建矩形和偏置工作平面等功能构建与问题描述相符的几何体和分区结构。
Mesh功能则具体执行网格化操作，包括元素大小控制、自由网格化以及编号控制，以确保模型的机械特性和尺寸精度。
5. 算法求解与结果分析
最后，求解阶段与图形用户界面化分析相结合，包含以下几步：
Solution菜单路径下的Loads Apply功能，通过Add / Pick All等操作定义了力加载条件。将通过不同路径设置的约束条件与载荷机械地与模型相连接，从而完成每个特定负载工况的设置。
采用导航菜单下的Go按钮启动求解器，GUI界面上将显示进度和解决反馈历程。但对于大规模问题或特定需求，将通过解算历史窗口获知详尽信息。
General Postpro子菜单中的Element Table操作，则用于通过定制操作表来定义和展示应力、应变、失效应变、和损失率等相关物理量，以直观地分析模型响应及关键局部特征。
在于采用GUI方法进行复合材料的分析而言，简化了从模型构建到结果解读的复杂流程。通过结合实际工程案例，本文详细展示了LSDYNA作为有限元分析工具在复合材料领域中的应用，包括材料参数的精确设定、失效准则的合理定义、模型构建的细致操作以及求解解的分析方法，旨在为后续研究人员和工程师提供有效的求解策略和实践参考。
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