ANSYS Workbench | 复合材料试样失效分析

复合材料具有轻质高强的优点，在工程领域有着广泛的应用。本案例演示如何使用 Ansys ACP(Pre) 建立复合材料模型，并将其应用于拉伸试样。随后使用 Ansys ACP(Post) 对各单层板的失效进行评估。

• 了解使用 Ansys ACP(Pre) 创建复合材料的过程

• 了解使用 Ansys Mechanical 和 ACP(Post) 进行复合材料失效分析的流程

1、在 Ansys Workbench 中创建一个 ACP(Pre) 组件。从工程材料数据库中创建复合材料。使用环氧碳纤维单向带（230 GPa）。导入几何模型（图 1）。

2、在 Ansys Mechanical 中对几何模型进行网格划分。为几何模型指定一个虚拟厚度，实际厚度将在铺层定义中指定。

 

图1. 复合材料试样示意图

3、在 Ansys ACP(Pre) 中定义复合材料层合板。ACP(Pre) 可帮助我们创建织物和铺层方案。采用 (0, -45, 90, 45, 0)s 的对称铺层。层合板的创建包含几个必要组成部分：

• 织物（Fabric）：定义单层板的材料和厚度。

• 方向参考（Rosette）：用于在方向选择中定义纤维方向和铺层方向。

• 方向选择（Orientation selection）：定义要分配织物的区域、纤维方向和铺层方向。

• 建模铺层（Modeling ply）：定义层合板的铺层方案，包括层数和每层的纤维方向。

4、进行应力分析。创建一个“静态结构”分析。该分析与 ACP(Pre) 的“设置”以及“Mechanical Model”的“模型”共享数据。在静态结构模型中，定义支架与叶片表面之间的绑定接触。施加边界条件（图 2）。运行求解。

 

图2. 边界条件示意图

5、进行失效分析。创建一个“ACP(Post)”组件，并将其拖拽至静态分析的求解（Solution）上。打开 ACP(Post)，定义失效准则，并检查各铺层的失效状态。绘制第4层铺层的逆储备因子（IRF）（方程1）分布图。

 

 

图3. 第四层铺层的IRF分布图

本仿真展示了创建复合材料层合板以及进行复合材料失效分析的工作流程。