首页/文章/ 详情

看完就没有不会的动力学分析之隐式动力学分析

1月前浏览1124


本文摘要:(由ai生成)
本文介绍了隐式动力学分析(Dynamic Implict)的基本概念和应用。隐式动力学分析适用于需要考虑大变形、长时间响应和高度非线性特性的问题,如接触、大变形和高精度要求的场景。文章解释了隐式求解法的工作原理,包括时间积分方法、迭代求解过程和稳定性特点。隐式方法虽然计算成本较高,但因其稳定性和适用性,在地震荷载分析、长期动力响应和非线性问题中具有重要应用。通过一个陀螺旋转的案例,展示了隐式动力学分析的关键设置和仿真结果。

一般来说,动力学分析主要分为以下几类,文本主要对隐式动力学分析(Dynamic Implict)分析进行说明,其他分析类型,可查看往期文章。隐式动力学分析特别适用于那些需要考虑较大变形、长时间响应和高度非线性特性的问题,也就说如果模型中存在一些接触,分析时间又较长,同时又要求求解精度要求较高的,都可以采用隐式动力学分析。下表格中对各种分析类型的适合场景均进行了分类说明,可根据分析需要,选择合适的分析类型。

什么是隐式动力学分析?


在求解动力学问题时,最本质的就是求解常微分方程组:

隐式求解法

一种计算方法是在过程中使用本时刻(当前时刻)参数来求解位移等未知量。公式为:

其中,  依赖于当前时间步  时刻的未知量(在动力学分析中,连续时间t 被划分为离散的时间步通常习惯用 n表示离散的时间步数,可更方便进行迭代求解和数值计算)计算结果并不直接从已知数值中获得,而是通过解方程来获取,因此某些数值是隐含在计算过程中的,所以通常被称为隐式求解法。对于求解上述公式,常用的时间积分方法包括Newmark-beta方法和Hilber-Hughes-Taylor (HHT)方法。例如,对于Newmark-beta方法,当前时间步的位移和速度公式依赖于当前时间步的加速度:

其中

其中,    是时间积分参数,这种方法的主要作用是在低频率时,阻尼缓慢增加,而在高频率时则迅速增加。也可通过  来控制数值阻尼的大小:当  时,没有阻尼,算子变为梯形法则(Newmark );当设置   时,则可以得到较为明显的阻尼。
代入运动方程
在每个时间步  ,将位移、速度和加速度的离散表达式代入运动方程:

 通过这个方程,可以得到关于位移  的线性代数方程组。
迭代求解
隐式求解方法需要迭代求解当前时间步 处的未知量。在非线性问题中,通常使用牛顿-拉夫森方法。其基本思路是通过泰勒展开,将非线性方程线性化并逐步逼近解。
   具体步骤如下:
     首先假设一个初始解 ,是我们对时间步 时刻的位移、速度等的初始猜测。通常,我们会使用前一个时间步的解(即   时刻的解)作为初始解的起点,当然也可能使用其他合理的估计。
       然后根据误差   计算残差。
        根据残差调整位移: ,其中  是通过解线性方程 获得的,J是雅可比矩阵(导数矩阵)。
        不断迭代,直到残差满足收敛准则。
 
隐式方法通常是无条件稳定(主要它通过迭代过程考虑了未来时间点的影响,这使得误差不会像显式方法那样快速累积),这意味着无论时间步长  的大小如何,解法通常都能保持稳定。由于隐式方法需要在每个时间步内解一个线性或非线性方程组(特别是在非线性问题中需要迭代求解),因此每个时间步的计算量较大,导致隐式求解法的计算成本更高。但因为它可以使用较大的时间步长,长时间模拟时其总的计算效率可能优于显示法。隐式方法通常需要迭代算法(如牛顿-拉夫森法)来解方程,尤其在非线性问题中,每个时间步都需要多次迭代才能收敛到正确的解。因此,收敛性问题是隐式求解法中需要关注的重点,计算时容易出现不收敛现象。
隐式求解法的主要应用于
        地震荷载作用下的大规模结构响应分析。
        大型结构的长期动力响应,如桥梁、摩天大楼等的风荷载作用分析。
        非线性分析,如材料非线性、几何非线性或接触问题。
        结构的屈曲分析、大变形问题。
显示动力学分析相关文章,可见下期文章内容。
 

实战案例

 
下面以一个案例对隐式动力学分析(Dynamic Implict中的一些关键要素进行说明。如下图一个陀螺,需要仿真模拟陀螺在平面的长时间的旋转运动状态。该分析中,存在陀螺与平面的接触,陀螺旋转时间要求也较长,所以采用了隐式动力学分析(Dynamic Implict)。

仿真模型

仿真结果

在该分析中,以ANSA前处理为例进行说明,有几个设置关键点:
1)不要遗忘材料密度的设置;如果想加入额外的材料阻尼,可在材料中加入瑞利阻尼阻尼,阻尼大小及设置方式可看以往相关阻尼设置的文章《看完这就没有不会的动力学分析系列篇-阻尼设置》。

2)接触采用CONTACT INCLUSIONS即可,

3)给陀螺给定旋转的初速度

4)在分析类型中,选择*DYNAMIC,Parameters中,设置TIME INC增量时长为1E-5TIME PRE分析时长为5s。其他参数一般采用默认参数即可,若想更改,可参考下文各参数的说明进行调整。

 
*DYNAMIC 分析设置中,各参数的含义如下说明:
ADIABATIC
包括这个参数如果需要进行绝热应力分析。这个参数仅适用于具有Mises屈服面的各向同性金属塑性材料,并且当已经指定了INELASTIC HEAT FRACTION选项时才相关。
ALPHA
将此参数设置为隐式算子中数值(人工)阻尼控制参数 α的非默认值,用于时间积分器设置为 HHT-TF  HHT-MD。允许的值范围是0(无阻尼)到 -0.5。值 -0.333 提供最大阻尼。对于时间积分器设置为 HHT-TF,默认值为 ALPHA=-0.05,提供轻微的数值阻尼。
APPLICATION(此处设置较为关键,若为准静态分析,可选择QUAI-SATIC,否则默认参数即可)
使用此参数选择时间积分方法。其他参数值由选定的时间积分方法确定。您可以通过直接指定这些参数值来覆盖默认设置。
 APPLICATION 设置为 TRANSIENT FIDELITY(模型中没有接触问题时的默认值),以选择一种具有轻微数值阻尼的准确解决方案的方法。将 TIME INTEGRATOR 设置为 HHT-TFIMPACT 设置为 AVERAGE TIMEINCREMENTATION 设置为 CONSERVATIVE
 APPLICATION 设置为 MODERATE DISSIPATION(模型中有接触问题时的默认值),以选择一种具有比默认值更大的数值阻尼和更激进的时间增量方案的方法,但这会牺牲一些解决方案 的准确性。将 TIME INTEGRATOR 设置为 HHT-MDIMPACT 设置为 NOINCREMENTATION 设置为 AGGRESSIVE
 APPLICATION 设置为 QUASI-STATIC,以选择一种具有非常显著的数值阻尼的方法,主要用于获得准静态解决方案。将 TIME INTEGRATOR 设置为 BWEIMPACT 设置为 NOINCREMENTATION 设置为 AGGRESSIVE。此外,默认的步长幅度设置为 RAMP 而不是 STEP那什么样的分析才可以被叫做准静态分析呢,这个等以后专门出一篇文章再写。
在这三类分类中,高耗散的QUASI-STATIC准静态分类最容易收敛,而低耗散的瞬态保真度设置收敛较为困难,可能发生不收敛性现象。
BETA
将此参数设置为隐式算子中非默认值 β,用于时间积分器设置为 HHT-TF  HHT-MD。允许的值是正数。
DIRECT
包括此参数以选择通过步骤直接用户控制增量。如果包括此参数并且没有接触冲击或释放发生,则使用在数据行上定义的大小的恒定增量。如果省略此参数,Abaqus/Standard 在尝试用户对第一个增量的初始时间增量后,将使用自动时间增量方案。DIRECT 参数与 HAFTOL  HALFINC SCALE FACTOR 参数是互斥的。
DIRECT 参数可以设置为 NO STOP。如果设为NO STOP,即使没有满足平衡容差,在允许的最大迭代次数(如在 CONTROLS 选项中定义)完成后,也会接受增量的解。如果使用此值,通常需要小增量和至少两次迭代。这种方法通常不推荐使用;它应该只在分析人员彻底了解如何解释以这种方式获得的结果的特殊情况下使用。
GAMMA
将此参数设置为隐式算子中非默认值 γ,用于时间积分器设置为 HHT-TF  HHT-MD。允许的值是≥0.5
HAFTOL
将此参数设置为与自动时间增量方案一起使用的半增量残差容差。对于自动时间增量,如果未指定 HALFINC SCALE FACTOR,则此值控制了计算结果的准确性。建议使用 HALFINC SCALE FACTOR 参数而不是 HAFTOL 参数。如果两者都包括了,HAFTOL 参数将被忽略。DIRECT  HAFTOL 参数是互斥的。
HAFTOL 参数的单位是力,通常通过与典型实际力值(例如施加的力或预期的反应力)进行比较来选择。对于预计会有相当大的塑性或其他耗散来抑制高频响应的问题,选择 HAFTOL 为典型实际力值的 10  100 倍,以获得适度的准确性和低成本;选择 HAFTOL 为典型实际力值的 1  10 倍,以获得更高的准确性。在这种情况下,通常不需要更小的 HAFTOL 值。
对于弹性情况且阻尼很小,高频部分在整个问题中很重要时,HAFTOL 值应该比上述推荐的小。选择 HAFTOL 为典型实际力值的 1  10 倍,以获得适度的准确性;选择 HAFTOL 为实际力值的 0.1  1 倍,能获得更高的准确性。
HALFINC SCALE FACTOR
将此参数设置为应用于Abaqus/Standard计算出的时间平均力和力矩值的缩放因子,以用作自动时间增量解决方案精度检查方案中的半增量残差容差。DIRECTHALFINC SCALE FACTOR参数是互斥的。当设置了NOHAF参数时,HALFINC SCALE FACTOR将被忽略。
HALFINC SCALE FACTOR参数是无量纲的。一般来说,较小的HALFINC SCALE FACTOR值应在使用更小的时间增量的情况下能获得更准确的结果。默认情况下,对于APPLICATION=TRANSIENT FIDELITY,如果模型中存在接触,则设置为10000,否则设置为1000。这些默认值与建议的HAFTOL比率不同,主要是因为HALFINC SCALE FACTOR应用于已知的力的平均值;因此,它们不需要那么保守。
IMPACT
使用此参数在分析过程中选择接触冲击或释放发生时的时间增量类型。
IMPACT设置为AVERAGE TIME,以选择一种时间增量方案,该方案采用冲击/释放平均时间回退来强制执行能量平衡,并保持与活动接触界面兼容的速度和加速度。IMPACT=AVERAGE TIMETIME INTEGRATOR=BWE设置是互斥的
IMPACT设置为CURRENT TIME,以选择一个没有冲击/释放回退的逐步通过方案。速度和加速度在活动接触界面上是兼容的。
IMPACT设置为NO,以选择一个没有冲击/释放回退且没有速度/加速度兼容性计算的逐步通过方案。
INCREMENTATION
使用此参数选择一般的时间增量类型。
INCREMENTATION设置为CONSERVATIVE,以选择一种最大化解决方案准确性的时间增量方案。
INCREMENTATION设置为AGGRESSIVE,以选择一种仅基于收敛历史的时间增量方案,类似于通常在没有速率或历史依赖性的静态问题中使用的方案。将INCREMENTATION设置为AGGRESSIVE还将设置NOHAF参数的值。
INITIAL
默认情况下,如果使用了除NO之外的IMPACT值,Abaqus/Standard会在步骤开始时计算或重新计算加速度。将INITIAL设置为NO可以跳过步骤开始时初始加速度的计算。
如果将INITIAL设置为NOAbaqus/Standard会假设当前步骤的初始加速度为零,如果当前步骤是第一个DYNAMIC步骤。如果紧接之前的步骤也是一个DYNAMIC步骤,使用INITIAL=NO会导致Abaqus/Standard使用前一步骤末尾的加速度来继续新步骤。这仅在新步骤开始时载荷没有突然变化时才适用。
NOHAF
包括此参数以抑制半增量残差的计算,从而跳过自动时间增量方案的一些精度检查。对于包含DIRECT参数的固定时间增量,在默认情况下Abaqus/Standard会计算半增量残差;NOHAF参数关闭了这一计算,节省了部分求解成本。
RATE DEPENDENCE
此参数只能在指定准静态响应时使用(APPLICATION=QUASI-STATIC)。
RATE DEPENDENCE设置为ON(默认值),在评估材料的屈服应力时考虑应变率依赖性,在评估摩擦系数时考虑滑移速率依赖性。
RATE DEPENDENCE设置为OFF,以在评估材料的屈服应力时忽略应变率依赖性,在评估摩擦系数时忽略滑移速率依赖性。
SINGULAR MASS
使用此参数控制在初始化期间或在接触冲击/释放计算期间检测到奇异全局质量矩阵时的速度和加速度调整。
SINGULAR MASS设置为ERROR(默认值),如果在计算速度和加速度调整时检测到奇异的全局质量矩阵,则发出错误消息并停止执行。
SINGULAR MASS设置为WARNING,如果在检测到奇异的全局质量矩阵时发出警告消息,并避免这些速度和加速度调整(即,继续使用当前速度和加速度进行时间积分)。
SINGULAR MASS设置为MAKE ADJUSTMENTS,即使检测到奇异质量矩阵也进行速度和加速度调整。此设置可能导致大的、非物理的速度和/或加速度调整,这反过来可能导致时间积分解的质量差和人为的收敛困难。这种方法通常不推荐使用;它应该仅在分析人员彻底了解如何解释以这种方式获得的结果的特殊情况下使用。
TIME INTEGRATOR
使用此参数选择时间积分方法。
TIME INTEGRATOR设置为BWE,以选择向后欧拉时间积分器。
TIME INTEGRATOR设置为HHT-TF,以选择具有默认参数设置的Hilber-Hughes-Taylor时间积分器,该参数设置能提供轻微的数值阻尼。这是APPLICATION=TRANSIENT FIDELITY的默认设置。
TIME INTEGRATOR设置为HHT-MD,以选择具有默认参数设置的Hilber-Hughes-Taylor时间积分器,该参数设置提供适度的数值阻尼。这是APPLICATION=MODERATE DISSIPATION的默认设置。
TIME INC
初始时间增量。对于隐式积分,除非发生接触的接触或分离,或者使用自动时间增量方案,否则在整个步骤中将使用相同的时间增量。如果包含了SUBSPACE参数,那么在整个步骤中将使用这个时间增量或 80%中较小的一个,其中  是动态响应分析中包含的最高模态的圆频率。
TIME PRE
计算的总时间。
MNICE
允许的最小时间增量。如果需要比这个值更小的时间增量,分析将终止。如果该值未指定,默认值是初始时间增量或计算总时长的 倍中较小的一个。
MXINC
允许的最大时间增量。仅对自动时间增量有用。如果这个值未指定,默认值取决于 APPLICATION 设置。如果 APPLICATION=TRANSIENT FIDELITY,允许的最大时间增量是步骤时间周期除以100。如果 APPLICATION=MODERATE DISSIPATION,它是步骤时间周期除以10。如果 APPLICATION=QUASI-STATIC,它是步骤的时间周期。


来源:ANSA与CAE分享
ACTAbaqusFidelity振动非线性ANSAUG材料控制数控
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-11-03
最近编辑:1月前
沐毅CAE
签名征集中
获赞 24粉丝 112文章 71课程 0
点赞
收藏
作者推荐

看完这就没有不会的复合材料CAE分析

1、复合材料概述复合材料是由两种或两种以上的材料组成的材料,其中基体和增强体是复合材料中最重要的两个组成部分。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。基体是复合材料中的主要成分,它是一种具有较高强度和韧性的材料,可以承受外部的载荷和应力,通常以树脂作为基体较多。增强体则是用来增强基体的强度和刚度,使复合材料具有更好的性能和使用寿命。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属。根据增强体几何形态,通常可分为:纤维增强、颗粒增强、片状增强和层叠式复合材料。目前复合材料工业上所用增强体90%以上为玻璃纤维,是以无机非金属矿石为原料,如叶腊石、石英砂、石灰石等,通过高温熔融拉丝制得的纤维,单丝直径只有几到二十几个微米。通常根据其长度,又可分为长纤与短纤,长玻纤的长度在6-25mm范围内,而短纤维长度通常低于6毫米,甚至是在0.2-0.6mm之间。玻璃纤维在复合材料中另一种常见材料为碳纤维复合材料,碳纤维是由有机纤维经过一系列热处理转化而成,含碳量高于90%的无机高性能纤维,是一种力学性能优异的新材料,具有碳材料的固有本性特征,又兼备纺织纤维的柔软可加工型,是新一代增强纤维。碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷等基体复合,制成结构材料。碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上,是钢的7~9倍,抗拉弹性模量为23000~43000Mpa亦高于钢。2、复合材料CAE分析类型复合材料CAE分析可分为三个层次:微观方法、中尺度方法、宏观方法。微观方法(Micro-ScaleApproach)微观方法(Micro-ScaleApproach)是最详细的复合材料计算方案,定义纤维几何在基体中的角度、位置、材料属性并进行计算,如下图所示是多种复合材料微元结构,但是这种计算方法对于大型设计产品的计算量是非常巨大,基本无法实现。此方法可用来计算复合材料的材料属性,计算出复合材料的E,V值用于宏观模型进一步计算。通常采用实体solid单元建模,模型中包含基体与加强体。复合材料微元结构中尺度方法(Meso-ScaleApproach)中尺度方法通过铺层设计、定义单层厚度、材料属性、铺层纤维角度等进行表达复合材料的设计,这种方法通常以如图所示层合板复材计算为主。中尺度计算方法能够进行的复合材料应力、应变、失效模式判定、层间失效、剥离等分析。仿真时可采用壳shell单元或实体solid单元,通常采用shell单元建模较多。宏观方法(Macro-ScaleApproach)宏观方法通常用于不考虑层间评估的整体应力、模态、屈曲等分析中。其中一种是通过计算微观胞元均质化材料参数转化为宏观各向异性或者非各向异性计算参数的方法,这使得复合材料产品初始设计和结构性能仿真有更好的依据。3、从微观到宏观的复合材料分析案例微观复合材料分析主要是根据复合材料的构成,建立复合材料的微观结构,如下图所示,包含基质与加强体,其为各向同性线性弹性基体材料和各向同性或横向各向同性(单向)线性弹性材料组成,纤维与基体材料完美结合,然后通过均质化计算,得到整体复合材料的属性。下面基于ANSA对胞元模型,计算材料属性的过程进行说明。ANSA中可采用均质工具Homogenizationtool创建多相复合材料的平均场均质化和各自材料实体。此外,还提供了RVE(RepresentativeVolumeElement)网格生成和FE均质化。3.1、Homogenization方法第一种方法是采用Homogenization工具,根据基体的材料属性和增强基的材料属性以及质量的占比,直接计算出复合材料的材料属性。以下是相关操作方法。此版本是V24版本,各版本界面可能会有所差异。选择Materials→Newby→Homogenization,出现Homogenization窗口界面。均质化工具支持线性和非线性材料模型的计算,其中Analysis选项就包含了多种可使用的材料模型。各材料模型类型如下所示:在Method中有多种均质化方法各方法的特性如下所示:•Voigt:建议用于多夹杂物复合材料,不考虑夹杂物的形状和取向,并假设RVE内的应变均匀。对长纤维增强材料的纵向预测良好。•Reuss:建议用于多夹杂物复合材料,不考虑夹杂物的形状和方向,并假设RVE内应力均匀。•Mori-Tanaka:对于多夹杂复合材料,建议考虑形状和方向,计算均匀化刚度张量。对于不同形状的夹杂物,均质刚度张量可能是非对称的,在这种情况下,建议采用多步均质方法。•MethodofCells胞元法:建议用于单夹杂物的单向复合材料,基体和夹杂物材料可以是正交异性的。•MultistepHomogenization多步均质化:对于多夹杂物复合材料,建议考虑夹杂物的形状和取向,计算均质化刚度张量。该方法对每个包体采用Mori-Tanaka均匀化方法估计其宏观刚度张量,然后对所有包体进行Voigt均匀化,得到整个RVE的宏观刚度张量。该方法仅适用于非线性材料模型。•FEHomogenization:有限元均质化:将RVE的有限元模型施(见下节)加张力并通过Epilysis(SOL101)求解,由有限元模型的响应计算均质化刚度张量。具体更多相关信息可参考《多尺度方法在复合材料力学分析中的研究进展》论文中相关说明。下面以PA66+30%GF复合材料为例子,讲解下Homogenization的应用。PA66+30%GF材料为尼龙66材料为基体,30%质量含量的玻璃纤维为强质体。PA66材料属性为:弹性模量2.5GPa,泊松比0.42,密度1.1g/cm^3。这里采用A玻璃纤维,材料属性为:弹性模量850GPa,泊松比0.22,密度2.54g/cm^3。根据以上信息首先在MatrixProperties中填写PA66的材料属性,如下图所示。因大多数工程上,均要求材料应力要保持小于材料屈服强度,所以Analysis中,选择了LinearElasticity,仅生成线弹性材料模量;MultistepHomogenization均匀化方法是目前国际上分析复合材料宏细观力学性能较为流行的方法,所以分析方法中选择MultistepHomogenization。在InclusionsList中选择Add,填写玻璃纤维的材料属性。InclusionsShape中选择Ellipsoid,模拟玻璃纤维的形状,a1,a2,a3分别是椭圆形状的长宽高,长玻璃纤维的的尺寸约为500um,30um,30um。此次的数值仅为长宽高的比值,不是具体的尺寸信息。InclusionsOrentation中,选择tesnor,a11,a22,a33均输入0.3333,使各项同性的。然后修改Inclusionslist中的Vf为0.187,30%玻璃纤维的质量占比,转换为体积占比约为0.187。然后选择Results,即可生成复合材料的信息。或者点击MakeMaterials直接生成材料属性。生成的PA66+30%GF复合材料弹性模量为7.4GPa,泊松比为0.36,这也与实际材料的测试数据较为吻合。其它方法原理类似,有兴趣可自行尝试。3.2、RVE(RepresentativeVolumeElement)法RVE(RepresentativeVolumeElement)代表体积元表示生成模型微观结构的有限元模型计算材料的宏观属性。选择Materials→Newby→RVEGeneration,打开RVEGeneration窗口界面。其中包含ShortFiber,ContinuousFiber,Woven与Layered四种类型。以创建包含多种短纤维增强体的胞元为例进行说明。选择Short,在MicrostructureShortFiberGenerated中,右键选择AddInclusion可增加Inclusion。ShortFiberOption选项卡包含生成RVE模型的设置,RVE模型是通过实现随机顺序吸收方法(RandomSequentialAbsorptionMethod,RSA)生成的。这种方法试图根据包裹体的形状和在立方体积中的体积分数来随机分布包裹体,通常采用默认设置即可。RVEsize:这是将要生成的立方体的边长度。Maximumnumberofplacementattemptsbeforequit:控制尝试放置包含时RSA算法的迭代次数。Minimumdistancebetweeninclusions:限制放置在卷中的夹杂物之间的距离。Minimumrelativefiberlengthofeachinclusion:这个分数控制包裹体是否适合RVE立方体(例如。1.0意味着包含将适合RVE多维数据集)。Allowinclusionstopenetrate:夹杂物可以相互渗透。Placeallinclusionssimultaneously:在多个夹杂物类型的情况下,如果启用,所有类型的夹杂物将逐渐添加,直到它们的体积分数达到或RSE算法停止。如果禁用,则按顺序为每个类型添加包含,因此有些类型可能不适合RVE。CreatePeriodicgeometry:生成的RVE将是周期性的。Distributedfiberorientation:包体的纤维方向将被考虑用于生成RVE或正态分布可以分配给phi,theta。仅在启用一种类型的包含时可用。在Matrix与Inclusion中与Homogenization法中一致,分别设置其材料与几何参数即可。如下图所示,首先根据需求输入基质与增强体参数,点击Generate生成RVE的预览模型,然后点击Mesh可生产RVE的网格模型。此时可根据模型的类型,选择ApplyBC自动添加周期性边界,然后导出模型即可计算。计算结果需要自己后处理,计算出RVE的等效弹性模量与泊松比。另一种方法是选择Homogenization,ANSA会自动求解,并处理计算出RVE的等效弹性模量与泊松比,但是该功能仅能在NASTRAN模块下进行。等效模量计算方法:在给定均应力或均匀应变边界条件下,复合材料中纤维和集体的细观应力场为、应变场为,规定按体积平均的值为:为复合材料体的(宏观)平均应力和平均应变。若以同一形状的均匀体(等效体)代替原来的复合材料体,则可知其体内为均匀应力场和均匀应变场,并且应力、应变为上述的平均值、,则关于等效体的本构方程:上式中,给出了复合材料有效模量的计算方法,即上式中的。3.3、中尺度方法(Meso-ScaleApproach)中尺度方法通过铺层设计、定义单层厚度、材料属性、铺层纤维角度等进行表达复合材料的设计,这种方法通常以如图所示层合板复材计算为主。中尺度计算方法能够进行的复合材料应力、应变、失效模式判定、层间失效、剥离等分析。仿真时可采用壳shell单元或实体solid单元,通常采用shell单元建模较多。下面是以ANSA中如何建立铺层设计的复合材料的讲解说明。选择AnalysisTools>Laminates>LaminatesTool复合层板的计算通常采用壳单元计算,所以此处仅以壳单元复合层为例。选择New>LAMINATE>New,创建新的LAMINATE属性。在Properties窗口中也能查看type类型为LAMINATE的属性。鼠标双击后,在下方LayerStack中会显示具体铺层信息。然后选择Copy>MultipleCopy,复制4层铺层,修改各层的厚度为0.25mm与铺层方向0°,-45°,45°,90°,0°,这里厚度与铺层方向是随意设置的,可根据实际的厚度与各铺层的方向进行修改。默认的0°铺层方向是沿着X正向。如下图白色线条所示。若需要更改材料的铺层方向,可选择如红框所示的MaterialOrientation更改材料的铺层默认方向。注意,默认的材料属性为各项同性的钢材,这需要根据实际材料的参数进行修改。这里将材料更改为碳纤维T700的材料参数,如下图所示,将ElASTIC_TYPE材料模型更改为LAMINA复合层,设置参数如下。然后一条边固定约束,一边加载集中力,进行简单的静力学计算即可。在后处理中,也可根据需求查看各层的应力应变情况。3.4、宏观方法(Macro-ScaleApproach)宏观方法通常用于不考虑层间评估的整体应力、模态、屈曲等分析中。可通过实际实验或计算微观胞元均质化材料参数转化为宏观各向异性或者非各向异性计算参数的方法。所以仅需填写正确的材料即可。这里还是以PA66+GF30的复合材料为例,因此材料几乎为各项同性材料,所为材料模型直接使用各项同性模型,输入弹性模量与泊松比即可,然后设置完边界条件即可计算。本文完。来源:ANSA与CAE分享

未登录
还没有评论
课程
培训
服务
行家
VIP会员 学习 福利任务 兑换礼品
下载APP
联系我们
帮助与反馈