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作者:阿贤懂科研 发表于 2022-1-18 10:18:43
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ANSYS复合材料案例1.问题描述

    如图5-7所示,有一长3米的工字梁,高度为0.3m,上下翼缘的宽度为0.2m。材料为T300/5208,是20层对称分布叠层板,每层的厚度为0.001m,各层的方向角分别为0、45、90、-45、0、0、45、90、-45和0度,材料特性为:Ex=181Gpa,Ey=Ez=10.3Gpa,Gxy=7.17Gpa,Gyz=3.78Gpa,υ12=0.016。沿轴强度:σx+=1500Mpa,σx-=1500Mpa,σy+=40Mpa,σy-=246Mpa,σx+=40Mpa,σx-=246Mpa,τxy=68Mpa(+表示受拉,-表示受压)。工字梁一端固定,另一端受集中力分别为:100N 、10000N和100N 。计算工作应力和应变、失效应力和失效层等。



2.GUI方式

     (一)  定义单元类型、实常数和材料特性

    1.  选取菜单元途径Main>Preprocessor>Element type>Add/edit/delete,弹出Element Types窗口。

    2.  单击Add,弹出Library of Element Types窗口,左边选择窗口选择 Structural Shell,右边选择窗口选择中选择 Linear Layer99,单击OK。

    3.  单击Element Types窗口中 Options,弹出SHELL99 ElementType Options窗口,将K8设置为ALL Layer,单击OK。单击 Element Types窗口中Close。

    4.  选取菜单途径Main menu>Preprocessor>Element Type>Real Constants,弹出 Real Constants窗口。单击OK,弹出 Element type for Real Constants窗口。单击OK,弹出 Real Constants Set Number1,for SHELL99窗口,依次输入NL=20、LSYM=1、LP1=1和LP2=20。

    5.  单击OK,弹出Real Constants Set Number 1,for SHELL99附加信息窗口,所有MAT输入1,所有TK输入0.001,THETA依次输入0、45、90、-45、0、0、45、90、-45和0。单击OK。再单击Real Constants窗口中的Close。

    6.  选取菜单途径Main menu >Preprocessor>Material Props>-Constant-Orthotrople ,弹出Orthotropic Material Properties 窗口,单击OK后依资助输入EX=181e9,EY=10.3e9,EZ=10.3e9,PRXY=0.016,单击OK。

    (二)  定义失效准则

    1.  选取菜单途径Main menu>Proprocessor>Material Props>Data Tables>Define/Activate,弹出Define/Activate Data Table窗口,设置 Lab为 Compos fall FALL ,MAT为1。单击OK。

    2.  选取菜单途径 Main menu>Prepocessor>Material Props >Data Tables>Set Temp Table ,弹出Set Data Table Temperature窗口,激活KMOD选项下 Edit existing项,将KMOD设置为 Crit。单击OK。

    3.  选取菜单途径 Main menu>Prepocessor>Material Props>Data Tables>Edit Active弹出 Data Table Fail窗口,依次输入:

   critkey行第3列处输入1,

    XtenStrs 行第1列输入1.5e9,

    XcomStrs行第1列输入-1.5e9

    YtenStrs 行第1列输入4e7,

    YcomStrs行第1列输入-2.46e8

    ZtenStrs 行第1列输入4e7,

    ZcomStrs行第1列输入4e7,

    行第1列输入6.8e7。

    单击File 菜单下的Apply/Quit项。

    (三)  定义有限元模型

    1.  选取菜单途径Main menu>Prepocessor>-Modeling-Creat>-Areas-Rectangle>By Dimensions ,弹出Create Rectangle by Dimensions对话框,在X1和X2处输入0和3,在Y1和Y2处输入0和0.3,单击OK。

    2.  选取菜单途径Utility Menu>Work Plane>Offset WP by Increments,将工作平面坐标系绕X轴逆时针旋转90度。

    3.  选取菜单途径Main menu>Prepocessor>-Modeling-Creat>-Areas-Rectangle>By Dimension,弹出Create Rectangle by Dimensions对话框,在X1和X2输入0和3,在Y1和Y2处输入0.1和-0.1,单击OK。

    4.  选取菜单途径Utility Menu>Work Plane>Offset WP by Increments,将工作平面坐标系沿工作平面坐标系Z轴移动-0.3。

    5.  选取菜单途径Main menu>Prepocessor>-Modeling-Creat>-Areas-Rectangle>By Dimension,弹出Create Rectangle by Dimensions对话框,在X1和X2输入0和3,在Y1和Y2处输入0.1和-0.1,单击OK。

    6.  选取菜单途径Main menu>Prepocessor>Operate>Partition>Areas,弹出Partition Areas拾取对话框,单击Pick All。

    7.  选取菜单途径Main menu>Prepocessor>Mesh>-Meshing-Size Cntrls>-Global-Size弹出Global Element Sizes窗口,在SIZE处输入0.1,单击OK。

    8.  选取菜单途径Main menu>Prepocessor>-Meshing-Mesh>-Areas-Free,弹出Mesh Areas拾取对话框,单击Pick All。

    9.  选取菜单途径Main menu>Prepocessor>>Numbering Ctrls>Merge Items ,将Label设置为 Node ,单击OK。

    10. 选取菜单途径Main menu>Prepocessor>>Numbering Ctrls>Compress Number ,将Label设置为 Node ,单击OK。

    (四)  添加约束和载荷并求解

    1.  选取菜单途径Utility Menu>Select>Entities ,弹出Select Entities窗口,从上至下依次设置为:Nodes、 By Location 、X和输入0,单击OK。

    2.  选取菜单途径Main Menu>Solution>-Loads-Apply >-Structural-Displacement>On Nodes ,弹出Apple U,ROT on Nodes 拾取对话框。单击Pick All,弹出 Apply U,ROT on Nodes窗口,将Lab2设置为ALL DOF ,单击OK。

    3.  选取菜单途径Utility Menu>Select>Everything。

    4.  选取菜单途径Utility Menu>Select>Entities,弹出Select Entities窗口,从上至下依次设置为:Nodes、By Location、X和输入3,单击OK。

    5.  选取菜单途径Utility Menu>Select>Entities,弹出Setect Entities窗口,从上至下依次设置为:Nodes、By Location、Y输入0.3和Reselect,单击OK。

    6.  选取菜单途径Utility Menu>Select>Entities,弹出Select Entities窗口,从上至下依次设置为:Nodes、By Location、Z输入0和Reselect,单击OK。

    7.  选取菜单途径Main Menu>Solution>-Loads-Apply >-Structural-Force>Moment>On Nodes ,弹出Apple F/M, on Nodes 拾取对话框。单击Pick All,弹出 Apply F/M on Nodes窗口,将Lab设置为FY,在VALUE处输入-10000,单击OK。

    8.  选取菜单途径Utility Menu>Select>Everything。

    9.  选取菜单途径Utility Menu>Select>Entities,弹出Select Entities窗口,从上至下依次设置为:Nodes、By Location、X和输入3,单击OK。

    10. 选取菜单途径Utility Menu>Select>Entities,弹出Setect Entities窗口,从上至下依次设置为:Nodes、By Location、Y输入0.3和Reselect,单击OK。

    11. 选取菜单途径Utility Menu>Select>Entities,弹出Select Entities窗口,从上至下依次设置为:Nodes、By Location、Z输入0.1和Reselect,单击OK。

    12. 选取菜单途径Main Menu>Solution>-Loads-Apply >-Structural-Force>Moment>On Nodes ,弹出Apple F/M, on Nodes 拾取对话框。单击Pick All,弹出 Apply F/M on Nodes窗口,将Lab设置为FY,在VALUE处输入-100,单击OK。

    13. 选取菜单途径Utility Menu>Select>Everything。

    14. 选取菜单途径Utility Menu>Select>Entities,弹出Select Entities窗口,从上至下依次设置为:Nodes、By Location、X和输入3,单击OK。

    15. 选取菜单途径Utility Menu>Select>Entities,弹出Setect Entities窗口,从上至下依次设置为:Nodes、By Location、Y输入0.3和Reselect,单击OK。

    16. 选取菜单途径Utility Menu>Select>Entities,弹出Select Entities窗口,从上至下依次设置为:Nodes、By Location、Z输入-0.1和Reselect,单击OK。

    17. 选取菜单途径Main Menu>Solution>-Loads-Apply >-Structural-Force>Moment>On Nodes ,弹出Apple F/M, on Nodes 拾取对话框。单击Pick All,弹出 Apply F/M on Nodes窗口,将Lab设置为FY,在VALUE处输入-100,单击OK。

    18. 选取菜单途径Utility Menu>Select>Everything。

    19. 选取菜单途径Utility Menu>Solution>-Solve-Current LS,弹出Solve Current Load Step对话框,同时弹出/STAT Command 窗口。仔细阅读/STAT Command窗口的信息,然后单击Close 关闭/STATCommand窗口。

    20. 单击Solve Current Load Step对话框中的OK,开始求解计算。

    21. 当求解结束时,弹出“ Solution is done!”对话框,关闭之。

(五)  观察结果

    1.  选取菜单途径Main Menu>General Postpro>Element Table Define Table ,弹出Define Table Data窗口。单击 Add,弹出Define Additional Element Table Items窗口,在 Lab 处输入NX,将Item 设置为By sepuence num,将 Comp设置为SMISC,7。

    2.  单击Apply,再次弹出Define Additional Element Table Items窗口,在 Lab处输入FC,将 Item设置为 By sequence num,将 Comp设置为SMISC,1。

    3.  单击Apply,再次弹出Define Additional Element Table Items窗口,在 Lab处输入FCMC,将 Item设置为 By sequence num,将 Comp设置为SMISC,2。

    4.  单击Apply,再次弹出Define Additional Element Table Items窗口,在 Lab处输入FCLN,将 Item设置为 By sequence num,将 Comp设置为SMISC,3。

    5.  单击Apply,再次弹出Define Additional Element Table Items窗口,在 Lab处输入ILMX,将 Item设置为 By sequence num,将 Comp设置为SMISC,4。

    6.  单击Apply,再次弹出Define Additional Element Table Items窗口,在 Lab处输入ILMN,将 Item设置为 By sequence num,将 Comp设置为SMISC,5。

    7.  选取菜单途径Main Menu>General Postpro>Element Table>Plot Element Table ,弹出Contour Plot of Element Table Data 窗口。将Itlab处设置为NX,单击OK。

    8.  选取菜单途径Main Menu>General Postpro>Element Table>Plot Element Table ,弹出Contour Plot of Element Table Data 窗口。将Itlab处设置为FC,单击OK。

    9.  选取菜单途径Main Menu>General Postpro>Element Table>Plot Element Table ,弹出Contour Plot of Element Table Data 窗口。将Itlab处设置为FCMC,单击OK。

    10. 选取菜单途径Main Menu>General Postpro>Element Table>Plot Element Table ,弹出Contour Plot of Element Table Data 窗口。将Itlab处设置为FCLN,单击OK。

    11. 选取菜单途径Main Menu>General Postpro>Element Table>Plot Element Table ,弹出Contour Plot of Element Table Data 窗口。将Itlab处设置为ILMX,单击OK。

    12. 选取菜单途径Main Menu>General Postpro>Element Table>Plot Element Table ,弹出Contour Plot of Element Table Data 窗口。将Itlab处设置为ILLN,单击OK。

    13. 选取菜单途径Main Menu>General Postpro>Element Table >List Element Table ,弹出List Element Table Data 窗口,激活NX、ILLN和ILMX项,单击OK。

    14. 选取菜单途径Main Menu>General Postpro>Element Table >List Element Table ,弹出List Element Table Data 窗口,激活FC、FCLN和FCMX项,单击OK。     

3.批处理方式

    /PREP7

    /TITILE,DIECENBAN     

    ET,1,SHELL99, , , , , 2,4  !定义单元类型

    KEYOPT,1,8,1     

    R,1,20,1,1,20   !定义实常数

    RMORE

    RMORE,1,0,0.001,1,45,0.001

    RMORE,1,90,0.001,1,-45,0.001

    RMORE,1,0,0.001,1,0,0.001

    RMORE,1,45,0.001,1,90,0.001,

    RMORE,1,-45,0.001,1,0,0.001     

    MP,EX,1,181E9  !定义材料特性

    MP,EY,1,10.3E9

    MP,EZ,1,10.3E9

    MP,PRXY,1,0.016

    MP,GXY,1,7.17E9

    MP,GYZ,1,3.78E9     

    TB,FAIL,1  !定义生效准则

    TBTEMP, ,CRIT

    TBDATA,1,0,0,1

    TBTEMP,20

    TBDATA,10,1500E6

    TBDATA,11,-1500E6

    TBDATA,12,40E6

    TBDATA,13,-246E6

    TBDATA,14,40E6

    TBDATA,15,-246E6

    TBDATA,16,68E6     

    K,1  !定义有限元模型

    K,2,3

    K,3,3,0.3

    K,4,0,0.3

    A,1,2,3,4

    K,5,0,0,0.1

    K,6,3,0,0.1

    K,7,3,0,-0.1

    K,8,0,0,-0.1

    A,5,6,7,8

    K,9,0,0.3,0.1

    K,10,3,0.3,0.1

    K,11,3,0.3,-0.1

    K,12,0,0.3,-0.1

    A,9,10,11,12

    APTN,1,2,3

    ESIZE,0.1

    AMESH,ALL

    NUMMRG,NODE

    NUMCMP,NODE

FINISH     

    /SOLU      

    NSEL, S,LOC,X,0  !添加约束

    D,ALL,ALL

    NSEL,ALL     

    NSEL,S,LOC,X,3  !添加载荷

    NSEL,R,LOC,Y,0.3

    NSEL,R,LOC,Z,0

    F,ALL,FY,-10000

    NSEL,ALL     

    NSEL,S,LOC,X,3

    NSEL,R,LOC,Y,0.3

    NSEL,R,LOC,Z,0.1

    F,ALL,FY,-100

    NSEL,ALL     

    NSEL,S,LOC,X,3

    NSEL,R,LOC,Y,0.3

    NSEL,R,LOC,Z,-0.1

    F,ALL,FY,-100

    NSEL,ALL     

    OUTPR, ,1   

    SOLVE

    FINISH     

    /POST1   !观察结果

    ETABLE,NX,SMISC,7

    ETABLE,FC,NMISC,1

    ETABLE,FCMC,NMISC,2

    ETABLE,FCLN,NMISC,3

    ETABLE,ILMX,NMISC,4

    ETABLE,ILLN,NMISC,5

    PRETAB,NX,ILLN,ILMX

    PRETAB,FC,FCLN,FCMX

    FINISH


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