ANSYSWorkbench18.0有限元分析方法应用效果

时间：2023-11-19 理论教育版权反馈

【摘要】：为使该精密结构更轻同时满足使用要求，对方管采用复合材料Epoxy Carbon WovenPrepreg，其他相关参数在分析过程中体现。试对该方管进行复合材料变形及失效分析。图11-55 创建复合材料分析项目图11-56 创建材料导入几何模型在复合材料前处理项目上，右键单击→→→找到模型文件Square tube.agdb，打开导入几何模型。进入Mechanical分析环境①在复合材料前处理项目上，右键单击→进入Mechanical分析环境。进行复合材料前处理环境①进入ACP工作环境。

1.问题描述

已知方管长300mm，截面尺寸为50mm×50mm，为某精密结构的重要部件。为使该精密结构更轻同时满足使用要求，对方管采用复合材料Epoxy Carbon Woven（230GPa）Prepreg，其他相关参数在分析过程中体现。试对该方管进行复合材料变形及失效分析。

2.有限元分析过程

（1）启动Workbench 18.0 在“开始”菜单中执行ANSYS 18.0→Workbench 18.0命令。

（2）创建复合材料分析项目

①在工具箱【Toolbox】的【Component Systems】中双击或拖动复合材料前处理项目【ACP（Pre）】到项目分析流程图，如图11-55所示。

②在Workbench的工具栏中单击【Save】，保存项目工程名为Square tube.Wbpj。有限元分析文件保存在D：\AWB\Chapter11文件夹中。

（3）确定材料参数

①编辑工程数据单元，鼠标右键单击【Engineering Data】→【Edit】。

②在工程数据属性中增加材料，在Workbench的工具栏上单击工程材料源库，此时的界面主显示【Engineering Data Sources】和【Outline of Favorites】。选择A10栏【Composite Ma-terials】，从【Outline of Composite Materials】里查找【Epoxy Carbon Woven（230GPa）Prepreg】材料，然后单击【Outline of Composite Materials】表中的添加按钮，此时在C6栏中显示标示，表明材料添加成功，如图11-56所示。

③单击工具栏中的【A2：Engineering Data】关闭按钮，返回到Workbench主界面，新材料创建完毕。

图11-55 创建复合材料分析项目

图11-56 创建材料

（4）导入几何模型在复合材料前处理项目上，右键单击【Geometry】→【Import Geometry】→【Browse】→找到模型文件Square tube.agdb，打开导入几何模型。模型文件在D：\AWB\Chapter11文件夹中。

（5）进入Mechanical分析环境

①在复合材料前处理项目上，右键单击【Model】→【Edit】进入Mechanical分析环境。

②在Mechanical的主菜单【Units】中设置单位为Metric（mm，kg，N，s，mV，mA）。

（6）为几何模型分配厚度及材料属性为方管分配厚度及材料：在导航树里单击【Geome-try】展开→【Square tube】→【Details of“Square tube”】→【Definition】→【Thickness】=0.0000245mm；【Material】→【Assignment】=Epoxy Carbon Woven（230GPa）Prepreg，其他默认，如图11-57所示。

（7）划分网格

①在导航树里单击【Mesh】→【Details of“Mesh”】→【Sizing】→【Size Function】=Curvature，其他均默认。

图11-57 分配材料

②选择方管8个表面，在导航树里右键单击【Mesh】→【Insert】→【Sizing】，【Face Sizing】→【Details of“Face Sizing”Sizing】→【Definition】→【Element Size】=3mm；【Advanced】→【Size Function】=Curvature，其他默认。

③生成网格，右键单击【Mesh】→【Generate Mesh】，图形区域显示程序生成的网格模型，如图11-58所示。

④网格质量检查，在导航树里单击【Mesh】→【Details of“Mesh”】→【Quality】→【Mesh Metric】=Element Quality，显示Element Quality规则下网格质量详细信息，平均值处在好水平范围内，展开【Statistics】显示网格和节点数量。

⑤退出Mechanical分析环境，单击Mechanical主界面的菜单【File】→【Close Mechanical】退出环境。

（8）进行复合材料前处理环境

①进入ACP工作环境。返回到Workbench界面，右键单击ACP（Pre）Model单元，从弹出的快捷菜单中选择【Update】把网格数据导入ACP（Pre）。

图11-58 划分网格

②右键单击ACP（Pre）Setup单元，从弹出的快捷菜单中选择【Edit…】进入ACP（Pre）环境。

（9）材料数据

①单击并展开【Material Data】，右键单击【Fabrics】，从弹出的快捷菜单中选择【Create Fabric…】，弹出织物属性对话框，Material=Epoxy Carbon Woven（230GPa）Prepreg，Thick-ness=0.5，其他默认，单击OK关闭对话框，如图11-59所示。

②工具栏单击数据更新。

（10）创建参考坐标

①右键单击【Rosettes】，从弹出的快捷菜单中选择【Create Rosette…】，弹出Rosette属性对话框，如图11-60所示，【Type】=Parallel，【Origin】=（0.0160，0.0500，0.0061），【Di-rection1】=（1.0000，0.0000，0.0000），【Direction2】=（0.0000，1.0000，0.0000），单击工具栏单元边线显示图标，参考视图坐标系确定位置，其他默认，单击OK关闭对话框。

②工具栏单击数据更新。

图11-59 织物属性对话框

图11-60 创建Rosette

（11）创建方向选择集

①右键单击【Oriented Selection Sets】，从弹出的快捷菜单中选择【Create Oriented Selec-tion Sets…】，弹出方向选择属性对话框，如图11-61所示，【Element Sets】=All_Elements，【Point】=（0.0500，0.0250，0.0030），【Direction】=（1.0000，0.0000，0.0000），【Se-lection Method】=Ansys Classic，【Rosettes】=Rosette.1，All_Elements在Elements Sets下，其他默认，单击OK关闭对话框。

②工具栏单击数据更新。

图11-61 方向选择集对话框

（12）创建铺层组【Modeling Groups】

①右键单击【Modeling Groups】，从弹出的快捷菜单中选择【Create Modeling Groups…】，弹出创建铺层组属性对话框，默认铺层组命名，单击OK关闭对话框。

②右键单击【Modeling Groups.1】，从弹出的快捷菜单中选择【Create Ply…】，弹出创建铺层属性对话框，如图11-62所示，【Oriented Selection Sets】=Oriented Selection Sets.1，【Ply Material】=Fabric.1，【Ply Angle】=0.0，其他默认，单击OK关闭对话框。

③工具栏单击数据更新。