Ansys復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析總結(jié)

1、Ansys復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析總結(jié)說明：整理自Simwe論壇，復(fù)合材料版塊，原創(chuàng)fea_stud，大家要感謝他呀目錄1#   復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析總結(jié)（一）概述篇5#   復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析總結(jié)（二）建模篇10#  復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析總結(jié)（三）分析篇13#  復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析總結(jié)（四）優(yōu)化篇做了一年多的復(fù)合材料壓力容器的分析工作，也積累了一些分析經(jīng)驗(yàn)，到了總結(jié)的時(shí)候了，回想起來，總最初采用I-deas，到MSC.Patran、Nastran，到最后選定Ansys為自己的分析工具，確實(shí)有一些東西值得和大家分享，與從事復(fù)合材料結(jié)構(gòu)

2、分析的朋友門共同探討。   （一）概述篇復(fù)合材料是由一種以上具有不同性質(zhì)的材料構(gòu)成，其主要優(yōu)點(diǎn)是具有優(yōu)異的材料性能，在工程應(yīng)用中典型的一種復(fù)合材料為纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，這種材料的特性表現(xiàn)為正交各向異性，對于這種材料的模擬，很多的程序都提供了一些處理方法，在I-Deas、Nastran、Ansys中都有相應(yīng)的處理方法。筆者最初是用I-Deas下建立各項(xiàng)異性材料結(jié)合三維實(shí)體結(jié)構(gòu)單元來模擬（由于研究對象是厚壁容器，不宜采用殼單元），分析結(jié)果還是非常好的，而且I-Deas強(qiáng)大的建模功能，但由于課題要求要進(jìn)行壓力容器的優(yōu)化分析，而且必須要自己寫優(yōu)化程序，I-Deas的二次開發(fā)功能開放性

3、不是很強(qiáng)，所以改為MSC.Patran，Patran提供了一種非常好的二次開發(fā)編程語言PCL（以后在MSC的版中專門給大家貼出這部分內(nèi)容），采用Patran結(jié)合Nastran的分析環(huán)境，建立了基于正交各項(xiàng)異性和各項(xiàng)異性兩種分析模型，但最終發(fā)現(xiàn)，在得到的最后結(jié)果中，復(fù)合材料層之間的應(yīng)力結(jié)果始終不合理，而模型是沒有問題的（因?yàn)樵贗-Deas中，相同的模型結(jié)果是合理的），于是最后轉(zhuǎn)向Ansys，剛開始接觸Ansys，真有相見恨晚的感覺，豐富的單元庫，開放的二次開發(fā)環(huán)境（APDL語言），下面就重點(diǎn)寫Ansys的內(nèi)容。在ANSYS程序中，可以通過各項(xiàng)異性單元（Solid 64）來模擬，另外還專門提供了一

4、類層合單元（Layer Elements）來模擬層合結(jié)構(gòu)（Shell 99, Shell 91, Shell 181, Solid 46 和Solid 191）的復(fù)合材料。采用ANSYS程序?qū)?fù)合材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理的主要問題如下：（1） 選擇單元類型 針對不同的結(jié)構(gòu)和輸出結(jié)果的要求，選用不同的單元類型。 Shell 99 線性結(jié)構(gòu)殼單元，用于較小或中等厚度復(fù)合材料板或殼結(jié)構(gòu)，一般長度方向和厚度方向的比值大于10； Shell 91 非線性結(jié)構(gòu)殼單元，這種單元支持材料的塑性和大應(yīng)變行為； Shell 181 有限應(yīng)變殼單元，這種單元支持幾乎所有的包括大應(yīng)變在內(nèi)的材料的非線性行為； Solid 46

5、 三維實(shí)體結(jié)構(gòu)單元，用于厚度較大的復(fù)合材料層合殼或?qū)嶓w結(jié)構(gòu)； Solid 191 三維實(shí)體結(jié)構(gòu)單元，高精度單元，不支持材料的非線性和大變形。 （2）  定義層屬性配置主要是定義單層的層屬性，對于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，在這里可以定義單層厚度、纖維方向等。（3）  定義失效準(zhǔn)則支持多種失效準(zhǔn)則，不過我還是沒有用他，而是自己寫了通過應(yīng)力結(jié)果采用二次蔡胡準(zhǔn)則程序來判斷的。（4）  其他的一些建模技巧和后處理指導(dǎo)在我的分析工作中，主要采用了三維實(shí)體結(jié)構(gòu)單元。 關(guān)于Solid 46單元（1）  Solid 46是用于模擬復(fù)合材料厚

6、殼或?qū)嶓w的8節(jié)點(diǎn)三維層合結(jié)構(gòu)單元，單元節(jié)點(diǎn)有x,y和z方向三個(gè)結(jié)構(gòu)自由度，單元允許最多250層不同的材料； （2）  這種單元的定義包括：8個(gè)節(jié)點(diǎn)、各層厚度、各層材料方向角和正交各項(xiàng)異性材料屬性，其中每層可以為面內(nèi)兩個(gè)方向雙線性的不等厚層； （3）  在材料定義時(shí)，只需定義材料主方向和材料坐標(biāo)系（單元坐標(biāo)系）一致的材料參數(shù)，不一致的復(fù)合材料層通過定義材料方向角（該層材料主方向和材料坐標(biāo)系所成的角度）由程序自動轉(zhuǎn)換； （4）  通過選擇不同的層直接在單元坐標(biāo)下獲取單元應(yīng)力，包括三個(gè)方向的應(yīng)力和面內(nèi)剪切應(yīng)力，而不需要通過應(yīng)力應(yīng)變的轉(zhuǎn)換來獲

7、取；論壇問答：Q：ANSYS如何處理失效后的材料退化呢？A：ANSYS沒有直接提供材料失效后的退化，但可以自己寫程序讓ANSYS執(zhí)  行。  ANSYS可以用失效準(zhǔn)則判斷材料是否失效，之后剛度降低可以通過實(shí)驗(yàn)  測得。再將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入到ANSYS中，對失效的單元重新進(jìn)行分析。 共同討論！ Ansys確實(shí)沒有直接提供材料失效后的退化的處理方法。我們在進(jìn)行復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析時(shí)，通常采用單層模量退化的估算方法，這種估算方法就是將帶有裂紋層的橫向、剪切模量與泊松系數(shù)全部用一組經(jīng)過DF因子退化的新值替代，為了考慮壓縮強(qiáng)度的下降，對單向復(fù)

8、合材料的壓縮強(qiáng)度也要DF因子退化（詳細(xì)信息可以參考蔡為侖的復(fù)合材料設(shè)計(jì)一書），這樣，我們就可以再結(jié)合Ansys的APDL來處理了。建模篇復(fù)合材料是一種各向異性材料，對于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料又是一種正交各向異性材料，因此，在進(jìn)行復(fù)合材料結(jié)構(gòu)建模的時(shí)候要特別注意的一個(gè)重要的問題，就是材料的方向性。下面，就我個(gè)人的分析經(jīng)驗(yàn)，對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的建模作一個(gè)總結(jié)。1  結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系、單元坐標(biāo)系、材料坐標(biāo)系和結(jié)果坐標(biāo)系    建立復(fù)合材料結(jié)構(gòu)模型，存在一個(gè)結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系，用于確定幾何元素的位置，這個(gè)坐標(biāo)可以是笛卡爾坐標(biāo)系、柱坐標(biāo)系或者是球坐標(biāo)系；單元坐標(biāo)系是每個(gè)單元的局部坐標(biāo)系，

9、一般用來描述整個(gè)單元；材料坐標(biāo)系是確定材料屬性方向的坐標(biāo)系，一般沒有專門建立的材料坐標(biāo)系，而是參考其他坐標(biāo)系，如整體結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系，或單元坐標(biāo)系，在Ansys程序中，材料坐標(biāo)是由單元坐標(biāo)唯一確定的，要確定材料坐標(biāo)，只要確定單元坐標(biāo)就行了；結(jié)果坐標(biāo)系是在進(jìn)行結(jié)果輸出時(shí)所使用的坐標(biāo)系，也是一般參考其他坐標(biāo)系。在Ansys程序中，關(guān)于坐標(biāo)系有人做過專門的總結(jié)。見后。2  用于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析的單元    用于復(fù)合材料分析的單元主要有兩類，一類是層合單元，如Shell 99, Shell 91, Shell 181, Solid 46 和Solid 191；另一類是

10、各向異性單元，如Solid64；這些材料都有不同的處理方法，層合單元，在一個(gè)單元內(nèi)可以包含多層信息，包括各層的材料、厚度和方向；各項(xiàng)各向異性單元，在一個(gè)單元內(nèi)，只能包含一種材料信息，而且所得到的計(jì)算結(jié)果還要進(jìn)行一些處理，因此有一定的局限性。3  單元坐標(biāo)的一致性問題   在進(jìn)行復(fù)合材料結(jié)構(gòu)建模的時(shí)候，有些時(shí)候結(jié)構(gòu)幾何比較復(fù)雜，很難用統(tǒng)一的坐標(biāo)來確定單元坐標(biāo)系，即使對一些規(guī)則的幾何（如圓桶），在用旋轉(zhuǎn)方法生成幾何時(shí)，不同的面法向也會帶來單元坐標(biāo)的不一致，這就使得材料輸入的時(shí)候存在問題并使計(jì)算結(jié)果錯(cuò)誤，因此，在幾何建模時(shí)要特別注意這一問題，筆者也沒有得到一些

11、復(fù)雜幾何進(jìn)行單元?jiǎng)澐謺r(shí)保持單元一致的合適方法。4 一個(gè)實(shí)例5 下面的命令流顯示了不同的幾何生成方法會產(chǎn)生不同的單元坐標(biāo)方向： /PREP7   !*Create Material* MPTEMP,   MPTEMP,1,0   MPDATA,EX,1,2.068e8 MPDATA,PRXY,1,0.29  MPTEMP,   MPTEMP,1,0   MPDATA,DENS,1,7.82e-6 !*Create Element Type* ET,1,SOLID95 KEYOP

12、T,1,1,1 KEYOPT,1,5,0 KEYOPT,1,6,0 KEYOPT,1,11,0    !* CSYS,1   HS=80 !*create two keypoints along axial K,101,0,0,0, K,102,0,0,400,   !*create keypoints K,1,61,0,0,  K,2,HS,0,0,    K,5,100,0,0, K,11,61,0,178,   K,12,HS,0,178, K,15,HS+10,0,1

13、78,   K,111,61,0,178,   K,112,HS,0,178, K,115,HS+10,0,178,   K,21,61,0,2450,  K,22,HS-4,0,2450, K,25,HS+6,0,2450,    !* !*create areas by keypoints FLST,2,4,3   FITEM,2,21   FITEM,2,111    FITEM,2,112    FITEM,

14、2,22   A,P51X   FLST,2,4,3   FITEM,2,22   FITEM,2,112   FITEM,2,115  FITEM,2,25   A,P51X   !* FLST,2,2,5,ORDE,2    FITEM,2,1    FITEM,2,-2   FLST,8,2,3   FITEM,8,101  FIT

15、EM,8,102  VROTAT,P51X, , , , , ,P51X, ,90,1,   TYPE,   1    MAT,       1 REAL,    ESYS,       0    SECNUM,  MSHAPE,0,3D  MSHKEY,1 FLST,5,2,6,ORDE,2    FITEM,5,1 

16、60; FITEM,5,-2   CM,_Y,VOLU   VSEL, , , ,P51X  CM,_Y1,VOLU  CHKMSH,'VOLU'    CMSEL,S,_Y   VMESH,_Y1    CMDELE,_Y    CMDELE,_Y1   CMDELE,_Y2   運(yùn)行上述命令流，查看一下單元坐標(biāo)，再把命令流中下列部分 FLST,2,4,3   

17、;FITEM,2,21   FITEM,2,111    FITEM,2,112    FITEM,2,22   A,P51X   改為： FLST,2,4,3   FITEM,2,22   FITEM,2,21   FITEM,2,111    FITEM,2,112    A,P51X   再看一下單元坐標(biāo)。ANSYS坐標(biāo)系總結(jié) 工作平面（Working Plane） 工作

18、平面是創(chuàng)建幾何模型的參考(X,Y)平面，在前處理器中用來建模(幾何和網(wǎng)格) 總體坐標(biāo)系 在每開始進(jìn)行一個(gè)新的ANSYS分析時(shí)，已經(jīng)有三個(gè)坐標(biāo)系預(yù)先定義了。它們位于模型的總體原點(diǎn)。三種類型為: CS,0: 總體笛卡爾坐標(biāo)系 CS,1: 總體柱坐標(biāo)系 CS,2: 總體球坐標(biāo)系 數(shù)據(jù)庫中節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)總是以總體笛卡爾坐標(biāo)系，無論節(jié)點(diǎn)是在什么坐標(biāo)系中創(chuàng)建的。 局部坐標(biāo)系 局部坐標(biāo)系是用戶定義的坐標(biāo)系。局部坐標(biāo)系可以通過菜單路徑Workplane>Local CS>Create LC來創(chuàng)建。 激活的坐標(biāo)系是分析中特定時(shí)間的參考系。缺省為總體笛卡爾坐標(biāo)系。當(dāng)創(chuàng)建了一個(gè)新的坐標(biāo)系時(shí)，新坐標(biāo)系變?yōu)榧せ钭?/p>

19、標(biāo)系。這表明后面的激活坐標(biāo)系的命令。菜單中激活坐標(biāo)系的路徑 Workplane>Change active CS to>。 節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系 每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)附著的坐標(biāo)系。節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系缺省總是笛卡爾坐標(biāo)系并與總體笛卡爾坐標(biāo)系平行。節(jié)點(diǎn)力和節(jié)點(diǎn)邊界條件（約束）指的是節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系的方向。時(shí)間歷程后處理器 /POST26 中的結(jié)果數(shù)據(jù)是在節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系下表達(dá)的。而通用后處理器/POST1中的結(jié)果是按結(jié)果坐標(biāo)系進(jìn)行表達(dá)的。 例如: 模型中任意位置的一個(gè)圓，要施加徑向約束。首先需要在圓的中心創(chuàng)建一個(gè)柱坐標(biāo)系并分配一個(gè)坐標(biāo)系號碼(例如CS,11)。這個(gè)局部坐標(biāo)系現(xiàn)在成為激活的坐標(biāo)系。然后選擇圓上的所有節(jié)點(diǎn)

20、。通過使用 "Prep7>Move/Modify>Rotate Nodal CS to active CS", 選擇節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系的朝向?qū)⒀刂せ钭鴺?biāo)系的方向。未選擇節(jié)點(diǎn)保持不變。節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系的顯示通過菜單路徑Pltctrls>Symbols>Nodal CS。這些節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系的X方向現(xiàn)在沿徑向。約束這些選擇節(jié)點(diǎn)的X方向，就是施加的徑向約束。 注意：節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系總是笛卡爾坐標(biāo)系?？梢詫⒐?jié)點(diǎn)坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)到一個(gè)局部柱坐標(biāo)下。這種情況下，節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系的X方向指向徑向，Y方向是周向（theta）。可是當(dāng)施加theta方向非零位移時(shí)，ANSYS總是定義它為一個(gè)笛卡爾Y

21、位移而不是一個(gè)轉(zhuǎn)動（Y位移不是theta位移）。 單元坐標(biāo)系 單元坐標(biāo)系確定材料屬性的方向（例如，復(fù)合材料的鋪層方向）。對后處理也是很有用的，諸如提取梁和殼單元的膜力。單元坐標(biāo)系的朝向在單元類型的描述中可以找到。 結(jié)果坐標(biāo)系 /Post1通用后處理器中 (位移, 應(yīng)力，支座反力)在結(jié)果坐標(biāo)系中報(bào)告，缺省平行于總體笛卡爾坐標(biāo)系。這意味著缺省情況位移，應(yīng)力和支座反力按照總體笛卡爾在坐標(biāo)系表達(dá)。無論節(jié)點(diǎn)和單元坐標(biāo)系如何設(shè)定。要恢復(fù)徑向和環(huán)向應(yīng)力，結(jié)果坐標(biāo)系必須旋轉(zhuǎn)到適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系下。這可以通過菜單路徑Post1>Options for output實(shí)現(xiàn)。 /POST26時(shí)間歷程后處理器中的結(jié)果總

22、是以節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系表達(dá)。 顯示坐標(biāo)系 顯示坐標(biāo)系對列表圓柱和球節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)非常有用(例如, 徑向，周向坐標(biāo))。建議不要激活這個(gè)坐標(biāo)系進(jìn)行顯示。屏幕上的坐標(biāo)系是笛卡爾坐標(biāo)系。顯示坐標(biāo)系為柱坐標(biāo)系，圓弧將顯示為直線。這可能引起混亂。因此在以非笛卡爾坐標(biāo)系列表節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)之后將顯示坐標(biāo)系恢復(fù)到總體笛卡爾坐標(biāo)系。 分析篇下面就我對碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料壓力容器分析過程中所做的工作，從復(fù)合材料材料參數(shù)轉(zhuǎn)化、復(fù)合材料強(qiáng)度準(zhǔn)則、結(jié)構(gòu)剛強(qiáng)度分析幾方面寫些我的心得，與大家共同探討。 1  復(fù)合材料材料參數(shù)的轉(zhuǎn)化 單向纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（也稱單向板）是指纖維按照同一方向平行排列的復(fù)合材料，是構(gòu)成層合板和殼的基本

23、元素，可認(rèn)為是一種正交各向異性材料，也是一種橫觀各向同性材料（存在一個(gè)各向同性面），在進(jìn)行有限元計(jì)算時(shí)，必須知道復(fù)合材料的彈性特性參數(shù)，并由彈性特性參數(shù)來計(jì)算正交各向異性材料的9個(gè)參數(shù)（在ANSYS程序中定義材料時(shí)所需3個(gè)彈性模量、3個(gè)泊松系數(shù)和3個(gè)剪切模量），單向復(fù)合材料特性的計(jì)算有許多種方法，主要的方法有Halpin-Tai的彈性力學(xué)方法，這種方法根據(jù)彈性理論將復(fù)雜的纖維與樹脂間的關(guān)系用一組方程來表示，通過求解方程組，解得彈性參數(shù)，我們使用的9個(gè)彈性參數(shù)的計(jì)算是通過單向復(fù)合材料的剛度矩陣轉(zhuǎn)化得到，下面是用APDL語言編寫的材料轉(zhuǎn)化程序。 MAT_PAR_COMP !* !*this mac

24、ro is used to calculate material parameters of composite !* E1=1.81E8 E2=1.03E7 V21=0.28 V12=E2*V21/E1 V23=0.5 V32=0.5 G12=7.17E6 RM=COS(ARG1) RN=SIN(ARG1) RM2=RM*RM RM4=RM2*RM2 RN2=RN*RN RN4=RN2*RN2 RMN=RM*RN RMN2=RMN*RMN !* caculate stiffness matrice of unidirectional composite material  

25、;* VV=(1.0+V23)*(1.0-V23-2.0*V21*V12) VV=1.0/VV Q11=(1.0-V23*V32)*VV*E1 Q22=(1.0-V21*V12)*VV*E2 Q33=Q22 Q12=V21*(1.0+V23)*VV*E2 Q13=Q12 Q23=(V23+V21*V12)*VV*E2 Q44=(1.0-V23-2.0*V21*V12)*VV*E2*0.5 Q55=G12 Q66=Q55 !* calculate equivalent stiffness of composite material  * HQ11=Q11*RM4+2.0*(Q

26、12+2.0*Q66)*RMN2+Q22*RN4 HQ12=(Q11+Q22-4.0*Q66)*RMN2+Q12*(RM4+RN4) HQ13=Q13*RM2+Q23*RN2 HQ23=Q13*RN2+Q23*RM2 HQ16=-RMN*RN2*Q22+RM2*RMN*Q11-RMN*(RM2-RN2)*(Q12+2.0*Q66) HQ22=Q11*RN4+2.0*(Q12+2.0*Q66)*RMN2+Q22*RM4 HQ33=RN2*Q13+RM2*Q23 HQ33=Q33 HQ26=-RMN*RM2*Q22+RMN*RN2*Q11+RMN*(RM2-RN2)*(Q12+2.0*Q66) H

27、Q36=(Q13-Q23)*RMN HQ44=Q44*RM2+Q55*RN2 HQ45=(Q55-Q44)*RMN HQ55=Q55*RM2+Q44*RN2 HQ66=(Q11+Q22-2*Q12)*RMN2+Q66*(RM2-RN2)*(RM2-RN2) QQ11=HQ11 QQ12=HQ12 QQ22=HQ22 QQ13=HQ13 QQ23=HQ23 QQ33=HQ33 QQ44=(HQ44*HQ55-HQ45*HQ45)/HQ55 QQ55=(HQ44*HQ55-HQ45*HQ45)/HQ44 QQ66=HQ66 Q(1)=QQ11 Q(2)=QQ12 Q(3)=QQ13 Q(4)=QQ

28、22 Q(5)=QQ23 Q(6)=QQ33 Q(7)=QQ66 Q(8)=QQ44 Q(9)=QQ55 !* QQQ=Q(1)*(Q(4)*Q(6)-Q(5)*Q(5)-Q(2)*(Q(2)*Q(6)-Q(3)*Q(5)+Q(3)*(Q(2)*Q(5)-Q(3)*Q(4) S1=(Q(4)*Q(6)-Q(5)*Q(5)/QQQ S2=-(Q(2)*Q(6)-Q(3)*Q(5)/QQQ S3=(Q(2)*Q(5)-Q(3)*Q(4)/QQQ S4=(Q(1)*Q(6)-Q(3)*Q(3)/QQQ S5=-(Q(1)*Q(5)-Q(2)*Q(3)/QQQ S6=(Q(1)*Q(4)-Q(2)*Q

29、(2)/QQQ S7=1/Q(7) S8=1/Q(8) S9=1/Q(9) EEX=1/S1 EEY=1/S4 EEZ=1/S6 VXY=-S2*EEX VXZ=-S3*EEX VYZ=-S5*EEY GXY=1/S7 GYZ=1/S8 GXZ=1/S9 /EOF2  復(fù)合材料強(qiáng)度準(zhǔn)則 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的受力及應(yīng)力應(yīng)變情況非常復(fù)雜，并要考慮各種應(yīng)力應(yīng)變的耦合和相互影響，復(fù)合材料強(qiáng)度破壞準(zhǔn)則基于結(jié)構(gòu)的宏觀破壞，一般來說復(fù)合材料的二次蔡-吳強(qiáng)度破壞準(zhǔn)則較為精確。有興趣的朋友可以參考科學(xué)出版社出版的蔡為侖先生的復(fù)合材料設(shè)計(jì)這一本書。 3  復(fù)合材料結(jié)構(gòu)剛強(qiáng)度分析

30、一般說來，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)總是受到空間力的作用，其應(yīng)力分布是三維的，因此，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的剛強(qiáng)度分析一般不宜采用復(fù)合材料的板殼理論（這種理論僅考慮板殼面內(nèi)的應(yīng)力和橫向剪切應(yīng)力，而忽略法向應(yīng)力），同時(shí)，對于簡單的結(jié)構(gòu)（如板、殼），可以得到彈性力學(xué)的一般解，而對于大多數(shù)結(jié)構(gòu)來說，則必須用數(shù)值的方法計(jì)算，三維有限元分析是最常用的方法。采用ANSYS程序?qū)?fù)合材料進(jìn)行剛強(qiáng)度分析的步驟如下： （1）  建立結(jié)構(gòu)的幾何模型    由于復(fù)合材料分析單元一般都是六面體單元，因此，在建立幾何時(shí)要特別考慮到網(wǎng)格劃分的方便。 （2）  建立材料模型  

31、  根據(jù)復(fù)合材料材料參數(shù)建立單向復(fù)合材料材料模型，我所采用的是碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，有兩種建立方法。 a.  若選擇單元為各向異性單元，則根據(jù)單向復(fù)合材料的剛度矩陣或柔度矩陣建立各向異性材料模型； b.  若選擇層合單元，則可以建立相關(guān)的材料模型，如單向復(fù)合材料則可以建立正交各向異性材料模型 （3）  選擇單元類型并設(shè)置相關(guān)屬性    根據(jù)結(jié)構(gòu)特征和計(jì)算要求，選擇不同的單元類型并設(shè)置單元屬性（各種單元的選擇依據(jù)請參考概述篇或ANSYS幫助文件） （4）  網(wǎng)格劃分   

32、0;在建立的幾何實(shí)體上進(jìn)行網(wǎng)格劃分，對于復(fù)合材料，選擇六面體三維實(shí)體單元，定義單元屬性，分別指定不同的材料屬性，并保證材料坐標(biāo)一致，運(yùn)用有限元網(wǎng)格生成器進(jìn)行網(wǎng)格劃分。  （5）  定義邊界條件    根據(jù)實(shí)際情況定義邊界條件。 （6）  分析設(shè)定并提交計(jì)算    設(shè)定分析類型及相關(guān)一些參數(shù) （7）  結(jié)果后處理    復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的分析結(jié)果在進(jìn)行后處理時(shí)，非常重要的一點(diǎn)是選擇合適的并與計(jì)算時(shí)所用的坐標(biāo)一致的結(jié)果坐標(biāo)系，如對于回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)選擇計(jì)算時(shí)的柱坐標(biāo)。另

33、外，對于用各向異性單元（Solid64）來模擬的計(jì)算結(jié)果在結(jié)果處理時(shí)必須保證應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的一致，主要是在不同種復(fù)合材料層間或者同一種復(fù)合材料不同鋪層方向的層之間界面的應(yīng)力應(yīng)變情況，ANSYS后處理中所得到的結(jié)果不完全是正確的，應(yīng)該根據(jù)法向應(yīng)力聯(lián)系，面內(nèi)應(yīng)變連續(xù)的準(zhǔn)則來進(jìn)行處理。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析總結(jié)（四）優(yōu)化篇與傳統(tǒng)材料相比，復(fù)合材料具有可設(shè)計(jì)性，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的多層次性為復(fù)合材料及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來了極大的靈活性，復(fù)合材料的力學(xué)性能和機(jī)械性能，都可按照結(jié)構(gòu)的使用要求和環(huán)境條件要求，通過組分材料的選擇匹配、鋪層設(shè)計(jì)及界面控制等材料設(shè)計(jì)手段，最大限度的達(dá)到預(yù)期目的，以滿足工程設(shè)備的使用性能，因此，在工程實(shí)踐中對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)有很重要的現(xiàn)實(shí)意義，下面以我所研究的復(fù)合材料壓力容器為例，將復(fù)合材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及在ANSYS下的實(shí)現(xiàn)過程給大家作一個(gè)介紹。1 問題描述本文所涉及的復(fù)合材料壓力容器是帶有金屬內(nèi)膽外纏碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的復(fù)合容器，優(yōu)化問題是：以金屬內(nèi)膽壁厚、復(fù)合材料各纏繞層厚度和纏繞角為設(shè)計(jì)變量，在滿足壓力容器強(qiáng)度（金屬內(nèi)膽