ANSYS15.0：复合材料梁分析入门指南

时间：2023-10-27 理论教育版权反馈

【摘要】：本例将对一个由复合材料制作的工字梁进行分析。如图10-90所示，有一长3m的工字梁，高度为0.3m，上下翼缘的宽度为0.2m。图10-93 Define Material Model Behavior对话框图10-94 各向异性材料参数4）完成单元类型与材料模型定义后，定义壳的厚度。图10-102 显示单元厚度图10-103 分层细节12）进入求解器，在GUI界面中选择Utility Menu＞Select＞Entities命令，使用Select Entities对话框选出X=0的节点，如图10-104所示。

本例将对一个由复合材料制作的工字梁进行分析。

如图10-90所示，有一长3m的工字梁，高度为0.3m，上下翼缘的宽度为0.2m。材料为T300/5208，是20层对称分布叠层板，每层的厚度为0.001m，各层的方向角分别为0°、45°、90°、-45°、0°、0°、45°、90°、-45°和0°，材料特性为：EX=181GPa，EY=EZ=10.3GPa，GXY=7.17GPa，GYZ=3.87GPa，μ₁₂=0.016；轴向强度：σ_X+=1500MPa，σ_X-=1500MPa，σ_Y+=40MPa，σ_Y-=246MPa，σ_Z+=40MPa，σ_Z-=246MPa，τ_XY=68MPa（+表示受拉，-表示受压）。工字梁一端固定，另一端受集中力分别为：100N、10000N和100N。计算工作应力和应变、失效应力和失效层等。

图10-90 模型示意图

1）启动Mechanical APDL Product Launcher 15.0，弹出Mechanical APDL Product Launcher15.0窗口。设置参数、工作目录、工作名称，单击Run按钮进入ANSYS 15.0 GUI界面。

2）在GUI界面选择Main Menu＞Preprocessor＞Element Type＞Add/Edit/Delete命令，单击Add按钮，弹出图10-91所示的Library of Element Types对话框，选择单元类型为SHELL181。

图10-91 Library of Element Types对话框

回到Element Types对话框，选中SHELL181单元，单击Options按钮，弹出图10-92所示的SHELL181 element type options对话框，设置如图10-92所示。

图10-92 SHELL181 element type options对话框

3）接下来定义材料模型。

在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Material Props＞Material Models命令，弹出图10-93所示的Define Material Model Behavior对话框。

选线弹性、各向异性材料，弹出图10-94所示的Linear Orthotropic Properties for Material Number 1对话框，输入材料参数如图10-94所示。

图10-93 Define Material Model Behavior对话框

图10-94 各向异性材料参数

4）完成单元类型与材料模型定义后，定义壳的厚度。在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Sections＞Shell＞Lay-up＞Add/Edit命令，弹出图10-95所示的Create and Modify Shell Sections对话框。

图10-95 Create and Modify Shell Sections对话框

单击Add Layer按钮，添加20个层，定义每层的厚度与方向解，如图10-95所示。

5）运行如下命令进行强度参数的定义。

6）完成材料参数定义后，开始模型的建立。

在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Keypoints＞In Active CS命令，弹出图10-96所示的Create Keypoints in Active Coordinate System对话框，输入1号关键点的坐标（0，0，0），单击Apply按钮，继续输入关键点坐标，直至完成表10-9所示的关键点坐标的输入。

图10-96 在全局坐标中定义关键点

表10-9 关键点坐标

完成定义的关键点如图10-97所示。

图10-97 定义关键点

7）完成关键点定义后，将关键点围成面。在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Areas＞Arbitrary＞Through KPs命令，拾取1～4号关键点，连接成为面。

继续生成面，将5～8关键点，9～12关键点分别连接成面，完成的模型如图10-98所示。

图10-98 生成面模型

8）在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Operate＞Booleans＞Partition＞Areas命令，选中工作区中的所有面，单击OK按钮完成面的搭接。

9）在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Size Cntrls＞ManualSize＞Global＞Size命令，弹出图10-99所示的Global Element Sizes对话框，设置单元尺寸为0.1，单击OK按钮完成单元尺寸定义。

图10-99 Global Element Sizes对话框

10）在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Mesh＞Areas＞Mapped＞3 or4 sided命令，拾取工作区中的全部面，单击OK按钮完成网格划分，如图10-100所示。

图10-100 划分网格

11）在GUI界面中选择Utility Menu＞PlotCtrls＞Style＞Size and Shape命令，弹出图10-101所示的Size and Shape对话框。

图10-101 Size and Shape对话框

勾选/ESHAPE选项，单击OK按钮，在工作区中显示单元的厚度，如图10-102所示，分层的细节如图10-103所示。

图10-102 显示单元厚度

图10-103 分层细节(www.xing528.com)

12）进入求解器，在GUI界面中选择Utility Menu＞Select＞Entities命令，使用Select Entities对话框选出X=0的节点，如图10-104所示。

图10-104 选出端面节点

在GUI界面中选择Main Menu＞Solution＞Define Loads＞Apply＞Structural＞Displacement＞On Nodes命令，拾取工作区的全部节点，弹出图10-105所示的Apply U，ROT on Nodes对话框。

图10-105 Apply U，ROT on Nodes对话框

选择要约束的自由度为All DOF，单击OK按钮，完成约束如图10-106所示。

图10-106 完成约束

13）进入求解器，在GUI界面中选择Utility Menu＞Select＞Entities命令，使用Select Entities对话框选出X=3、Y=0.3、Z=0的节点。注意应使用Reselect。在GUI界面中选择Main Menu＞Solution＞Define Loads＞Apply＞Structural＞Force/Moment＞On Nodes命令，定义载荷为FY=-10000。

然后使用Select Entities对话框选出X=3、Y=0.3、Z=0.1的节点。注意应使用Reselect。在GUI界面中选择Main Menu＞Solution＞Define Loads＞Apply＞Structural＞Force/Moment＞On Nodes命令，定义载荷为FY=-100。

然后使用Select Entities对话框选出X=3、Y=0.3、Z=-0.1的节点。注意应使用Reselect。在GUI界面中选择Main Menu＞Solution＞Define Loads＞Apply＞Structural＞Force/Moment＞On Nodes命令，定义载荷为FY=-100。

完成载荷定义如图10-107所示。