复合材料是一种各向异性材料,对于纤维增强复合材料又是一种正交各向异性材料,因此,在进行复合材料结构建模的时候要特别注意的一个重要的问题,就是材料的方向性。下面,就我个人的分析经验,对复合材料结构的建模作一个总结。
1. 结构坐标系、单元坐标系、材料坐标系和结果坐标系
建立复合材料结构模型,存在一个结构坐标系,用于确定几何元素的位置,这个坐标可以是笛卡尔坐标系、柱坐标系或者是球坐标系;单元坐标系是每个单元的局部坐标系,一般用来描述整个单元;材料坐标系是确定材料属性方向的坐标系,一般没有专门建立的材料坐标系,而是参考其他坐标系,如整体结构坐标系,或单元坐标系,在Ansys程序中,材料坐标是由单元坐标唯一确定的,要确定材料坐标,只要确定单元坐标就行了;结果坐标系是在进行结果输出时所使用的坐标系,也是一般参考其他坐标系。在Ansys程序中,关于坐标系有人做过专门的总结。见附件。
2. 用于复合材料结构分析的单元
用于复合材料分析的单元主要有两类,一类是层合单元,如Shell 99, Shell 91, Shell 181, Solid 46 和Solid 191;另一类是各向异性单元,如Solid64;这些材料都有不同的处理方法,层合单元,在一个单元内可以包含多层信息,包括各层的材料、厚度和方向;各项各向异性单元,在一个单元内,只能包含一种材料信息,而且所得到的计算结果还要进行一些处理,因此有一定的局限性。
3. 单元坐标的一致性问题
在进行复合材料结构建模的时候,有些时候结构几何比较复杂,很难用统一的坐标来确定单元坐标系,即使对一些规则的几何(如圆桶),在用旋转方法生成几何时,不同的面法向也会带来单元坐标的不一致,这就使得材料输入的时候存在问题并使计算结果错误,因此,在几何建模时要特别注意这一问题,笔者也没有得到一些复杂几何进行单元划分时保持单元一致的合适方法。
4. 一个实例
下面的命令流显示了不同的几何生成方法会产生不同的单元坐标方向:
/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
KEYOPT,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+10,0,178,
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,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
FITEM,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
FITEM,5,-2
CM,_Y,VOLU
VSEL, , , ,P51X
CM,_Y1,VOLU
CHKMSH,'VOLU'
CMSEL,S,_Y
VMESH,_Y1
CMDELE,_Y
CMDELE,_Y1
CMDELE,_Y2
运行上述命令流,查看一下单元坐标,再把命令流中下列部分
FLST,2,4,3
FITEM,2,21
FITEM,2,111
FITEM,2,112
FITEM,2,22
A,P51X
改为:
FLST,2,4,3
FITEM,2,22
FITEM,2,21
FITEM,2,111
FITEM,2,112
A,P51X
再看一下单元坐标。
[ 本帖最后由 jwooh 于 2007-8-1 10:42 编辑 ] |