滑板復合材料力學仿真

算例來源：ANSYS算例制作：算例校核：關鍵詞：滑板ACP前后處理模塊復合材料鋪層靜力分析

滑板的復合材料力學仿真（ACP）目錄摘要ACP前處理ACP鋪層靜力分析模塊ACP后處理復合材料是一大類新型材料，其強度高，剛度大，質量輕，并具有抗疲勞、減震、耐高溫、可設計等一系列優(yōu)點，近40年來，在航空航天、能源、交通、建筑、機械、信息、生物、醫(yī)學、和體育等工程和部門日益得到廣泛的應用。在復合材料強度分析方面，有很多可以進行復合材料進行分析的有限元軟件，這為復合材料的發(fā)展提供了良好的基礎，本算例主要對滑板進行復合材料鋪層和力學分析。摘要如圖所示滑板，采用復合材料鋪層，計算在受到扭轉的時候纖維損壞狀態(tài)。問題描述采用workbench中的ACP（Pre）模塊進行復合材料鋪層，在靜力模塊中進行計算，在ACP（Post）模塊中進行纖維的應力觀察，同時，根據(jù)失效準則進行驗算。問題分析目錄摘要ACP前處理ACP鋪層靜力分析模塊ACP后處理1、建立分析系統(tǒng)建立ACP前處理分析系統(tǒng)，項目命名為【ACP（Pre）】，如下圖所示。ACP前處理2、幾何模型右擊【Geometry】->【ImportGeometry】->【Browse】，導入KITE_BOARD.x_t文件，右擊【Geometry】進入DM中生成模型。先選擇Units為mm，右擊Import1選擇Generate，生成了6個Part，按住Ctrl依次選中六個SurfaceBody，右鍵圖形區(qū)，選擇FormNewPart，生成一個Part。如圖所示。然后保存工程并關閉DesignModeler。ACP前處理3、材料屬性

在Workbench主界面中，雙擊【EngineeringData】進入材料定義界面，在【ContentsofEngineeringData】下添加新的材料名稱為【EpoxyCarbon】，如圖所示。ACP前處理3、材料屬性在左側樹狀流程圖中選擇【Toolbox】->【LinearElastic】->【OrthotropicElasticiity】，將其拖曳到新建的【EpoxyCarbon】中，輸入?yún)?shù)如下圖。ACP前處理3、材料屬性同理，拖曳【PlyType】，【OrthotropicStressLimits】，【OrthotropicStrainLimits】，到新建的材料中，【PlyType】為【Regular】，其他各項參數(shù)如圖所示。ACP前處理3、材料屬性拖曳【PuckConstants】到【EpoxyCarbon】中，選擇【MaterialClassification】為【Carbon】，其余選項為默認設置。ACP前處理3、材料屬性【EpoxyCarbon】材料定義完畢，再新建一個材料名稱為【Core】，拖曳【OrthotropicElasticity】，【OrthotropicStressLimits】，【PlyType】到【Core】中，各項參數(shù)如圖所示?！綪lyType】選擇【OrthotropicHomogenousCore】ACP前處理4、劃分網(wǎng)格雙擊【Model】進入Mechanical，在左側樹狀流程圖中選擇【Model（A4）】->【Geometry】->【Part】，按住Ctrl依次選擇【Part】下的7個面，指定模型的厚度為1mm，材料為EpoxyCarbon。ACP前處理4、劃分網(wǎng)格在左側樹狀流程圖中選擇【Model（A4）】->【Geometry】->【Mesh】，右擊【Insert】->【Sizing】，用選擇體的方式，選擇所有的Bodies，單元尺寸設置為10mm。右擊【Mesh】->【GenerateMesh】，生成網(wǎng)格，生成的網(wǎng)格如圖所示。ACP前處理4、劃分網(wǎng)格在左側樹狀流程圖中選擇【Model（A4）】->【Geometry】->【Mesh】，右擊【Insert】->【Sizing】，用選擇體的方式，選擇所有的Bodies，單元尺寸設置為10mm。右擊【Mesh】->【GenerateMesh】，生成網(wǎng)格，生成的網(wǎng)格如圖所示。ACP前處理4、劃分網(wǎng)格在開始鋪層前，導入由CAD生成的核心層坐標。在左側Toolbox中選中【Geometry】，拖曳到ACP（Pre）的左側，右鍵【Geometry】選擇【ImportGeometry】，選擇kite_board_core.stp，右鍵【Geometry】選擇進入DesignModeler，點擊左側樹狀流程圖中的【Import1】，單擊【Generate】生成坐標。如圖所示。ACP前處理4、劃分網(wǎng)格返回workbench主界面，拖曳Geometry中的【Geometry】到ACP（Pre）中的Setup中，如圖所示。操作完成后點擊左上角的保存進行存盤（注意：此步不進行有可能打不開ACP模塊）ACP前處理目錄摘要ACP前處理ACP鋪層靜力分析模塊ACP后處理1、材料設置雙擊Workbench主界面中的A5【Setup】，進入ACP模塊進行鋪層，界面如圖所示。單位選擇為MPA。ACP鋪層1、材料設置在左側樹形流程圖中選擇【ACPModel】->【MaterialsData】->【Materials】，依次選擇下面的兩個材料【EpoxyCarbon】和【Core】，右鍵單擊選擇【Update】進行更新。ACP鋪層1、材料設置在左側樹形流程圖中選擇【ACPModel】->【MaterialsData】->【Fabrics】，右鍵選擇【CreateFabric】，在FabricProperties中進行設置，Name為Fabric.EpoxyCarbonUD.02mm，材料選擇為EpoxyCarbon，厚度為0.2，如圖所示。ACP鋪層1、材料設置同理，再新建一個纖維，Name為Fabric.Core.15.2mm，材料選擇Core，厚度為15.2。ACP鋪層1、材料設置采用同樣的方法進行更新。纖維疊層是一個預先可以自由設置的纖維集合，使用纖維疊層可以減少我們在鋪層階段使用的層數(shù)，并且可以方便修改纖維的方向。我們先創(chuàng)建一個纖維疊層。在左側流程樹中選擇【MaterialData】->【Stackups】，右鍵選擇【CreateStackup】，在Stackup參數(shù)中進行設置。命名為【Stackup.-45.0.45】，Symmetry選擇【NoSymmetry】，LayupSequence選擇【Top-Down】，纖維選擇Fabric.EpoxyCarbonUD.02mm，方向為-45，0，45如圖所示。ACP鋪層1、材料設置ACP鋪層1、材料設置在Stackup中選擇Analysis可以看到定義的纖維疊層的力學參數(shù)。ACP鋪層2、鋪層（1）創(chuàng)建Rosette在Rosette設置中，設置的X軸方向為纖維0度方向，在左側樹形流程圖中選擇【ACPModel】->【Rosettes】，右鍵選擇【CreateRosette】，細節(jié)和坐標如圖所示。ACP鋪層2、鋪層（1）創(chuàng)建RosetteACP鋪層2、鋪層（2）創(chuàng)建OrientedSelectionSet在左側樹形流程圖中選擇【ACPModel】->【OrientedSelectionSets】，右鍵選擇【CreateOrientedSelectionSet】，進入OrientedSelectionSetProperties細節(jié)窗口，在ElementSets中選擇【All_Elements】，Direction中為（0，0，1），Rosettes中選擇Rosette.1，具體設置如圖所示。ACP鋪層2、鋪層（2）進行滑板的鋪層在左側樹形流程圖中選擇【ACPModel】->【ModelingGroups】，右鍵選擇【CreateModelingGroup】，將其命名為【ModelingPly.1】，此時，在【ModelingGroups】下出現(xiàn)【ModelingPly.1】，右鍵單擊選擇【CreatePly】，創(chuàng)建鋪層，在ModelingPlyProperties細節(jié)窗口中進行設置，其中OrientedSelectionSets選擇【OrientedSelectionSets.1】，PlyMaterial選擇【Stackup.-45.0.45】，PlyAngle選擇0度，其余選擇默認設置，單擊Apply如圖。ACP鋪層2、鋪層（2）進行滑板的鋪層ACP鋪層2、鋪層（2）進行滑板的鋪層此時會在左側樹狀流程圖中出現(xiàn)三個纖維層。ACP鋪層2、鋪層（2）進行滑板的鋪層再新建一個【ModelingPly.2】，其中OrientedSelectionSets選擇【OrientedSelectionSets.1】，PlyMaterial選擇【Fabric.Core.15.2mm】，PlyAngle選擇0度，其余選擇默認設置，單擊Apply如圖。ACP鋪層2、鋪層（2）進行滑板的鋪層再次創(chuàng)建【ModelingPly.3】細節(jié)設置同【ModelingPly.1】如圖所示。ACP鋪層2、鋪層（2）進行滑板的鋪層

創(chuàng)建SectionCut可以看到得到的鋪層如圖所示。ACP鋪層目錄摘要ACP前處理ACP鋪層靜力分析模塊ACP后處理1、創(chuàng)建靜力分析在左側Toolbox中選擇StaticStructural，連接ACP（Pre）中的Setup到新建的StaticStructural中，選擇【selectTransferShellCompositeData】，這樣ACP（Pre）中的數(shù)據(jù)分享到靜力分析模塊中，如圖所示。選擇【Model】進行Update，雙擊【Model】進入靜力分析模塊。靜力分析模塊2、施加約束和荷載在左側樹形窗口中選擇【Model】->【StaticStructural】->【Insert】->【FixedSupport】，在細節(jié)窗口中選擇滑板的一條邊，如圖所示。靜力分析模塊2、施加約束和荷載在左側樹形窗口中選擇【Model】->【StaticStructural】->【Insert】->【RemoteDisplacement】，在細節(jié)窗口中選擇滑板的另一條邊一條邊，輸入X和Y方向的扭轉分別為8.7266e-002rad，3.4907e-002rad，如圖所示。靜力分析模塊3、求解在左側樹形窗口中選擇【Model】->【StaticStructural】->【Solve】靜力分析模塊4、查看位移結果在左側樹形窗口中選擇【Model】->【StaticStructural】->【Solution】->【TotalDeformation】，右鍵選擇【EvaluateAllResult】得到的變形結果如圖所示。靜力分析模塊目錄摘要ACP前處理ACP鋪層靜力分析模塊ACP后處理在ACP后處理模塊中，將得到準確的復合材料結果，并應用不同的失效準則評并根據(jù)失效準則和鋪層上的應力評估設計。ACP后處理1.建立ACP后處理模塊在Toolbox中選擇ACP（Post），先將其拖曳到ACP（Pre）中的【Model】中放開，此時，ACP（Pre）中的數(shù)據(jù)已經(jīng)分享到ACP（Post）中，在將StaticStructural中的Solution拖曳到ACP（Post）中，得到的模塊如圖所示。ACP后處理1.建立ACP后處理模塊鼠標右擊ACP（Post）中的Results，選擇Update，進行更新，再雙擊進入ACP（Post）模塊。ACP（Post）模塊如圖所示。ACP后處理2.查看求解結果選擇左側樹形窗口中的【Solutions】->【Solution1】右鍵進行Update更新。在【Solution1】可以看到求解細節(jié)如圖所示。ACP后處理3.查看變形在左側樹形窗口中選擇【Solution】->【Solution1】，鼠標右鍵選擇CreateDeformation，選擇默認設置，可以得到變形圖如圖所示。ACP后處理4.創(chuàng)建失效準則在左側流程樹種選擇【Definitions】->【CreateFailureCriteria】，在FailureCriteriaDefinition中在MaxStrain，MaxStress，Tsai-Hill，Hoffman，Hashin，Puck，Cuntze后的方框內打鉤，單