ANSYS ACP复合材料前后处理软件

ANSYS详细全介绍开放、灵活的仿真软件，为产品设计的每一阶段提供解决方案通用仿真电磁分析流体力学行业化分析模型建造设计分析多目标优化客户化结构分析解决方案结构非线性强大分析模块Mechanical显式瞬态动力分析工具LS-DYNA新一代动力学分析系统AI NASTRAN电磁场分析解决方案流体动力学分析行业化分析工具设计人员快捷分析工具仿真模型建造系统多目标快速优化工具CAE客户化及协同分析环境开发平台ANSYS StructureANSYS Structure 是ANSYS产品家族中的结构分析模块，她秉承了ANSYS家族产品的整体优势，更专注于结构分析技术的深入开发。

除了提供常规结构分析功能外，强劲稳健的非线性、独具特色的梁单元、高效可靠的并行求解、充满现代气息的前后处理是她的四大特色。

ANSYS Structure产品功能非线性分析•几何非线性•材料非线性•接触非线性•单元非线性动力学分析•模态分析- 自然模态- 预应力模态- 阻尼复模态- 循环模态•瞬态分析- 非线性全瞬态- 线性模态叠加法•响应谱分析- 单点谱- 模态- 谐相应- 单点谱- 多点谱•谐响应分析•随机振动叠层复合材料•非线性叠层壳单元•高阶叠层实体单元•特征- 初应力- 层间剪应力- 温度相关的材料属性- 应力梯度跟踪- 中面偏置•图形化- 图形化定义材料截面- 3D方式察看板壳结果- 逐层查看纤维排布- 逐层查看分析结果•Tsai-Wu失效准则求解器•迭代求解器- 预条件共轭梯度(PCG)- 雅可比共轭梯度(JCG)- 非完全共轭梯度(ICCG)自然模态•直接求解器- 稀疏矩阵- 波前求解器•特征值- 分块Lanczos法- 子空间法- 凝聚法- QR阻尼法(阻尼特征值)并行求解器•分布式并行求解器-DDS-自动将大型问题拆分为多个子域，分发给分布式结构并行机群不同的CPU（或节点）求解- 支持不限CPU数量的共享式并行机或机群- 求解效率与CPU个数呈线性提高•代数多重网格求解器-AMG- 支持多达8个CPU的共享式并行机- CPU每增加一倍，求解速度提高80％- 对病态矩阵的处理性能优越, ,屈曲分析•线性屈曲分析•非线性屈曲分析•热循环对称屈曲分析断裂力学分析•应力强度因子计算•J积分计算•裂纹尖端能量释放率计算大题化小•单元技术•子结构分析技术•子模型分析技术设计优化- 子空间迭代法- 一阶法•多种辅助工具- 随机搜索法- 等步长搜索法- 乘子计算法- 最优梯度法- 设计灵敏度分析•拓扑优化二次开发特征•ANSYS参数化设计语言(APDL) •用户可编程特性（UPF）•用户界面设计语言(UIDL) •专用界面开发工具（TCL/TK）•外部命令概率设计系统(PDS)•十种概率输入参数•参数的相关性•两种概率计算方法- 蒙特卡罗法*直接抽样* Latin Hypercube抽样- 响应面法*Box-Behnken设计•支持分布式并行计算•可视化概率设计结果- 输出响应参数的离散程度*Statistics* LHistogram* Sample Diagram- 输出参数的失效概率* Cumulative Function* Probabilities- 离散性灵敏度*Sensitivities* Scatter Diagram* Response Surface前后处理(AWE) •双向参数互动的CAD接口•智能网格生成器•各种结果的数据处理•各种结果的图形及动画显示•全自动生成计算报告支持的硬软件平台•Compaq Tru64 UNIX •Hewlett-Packard HP-UX•IBM RS/6000 AIX•Silicon Graphics IRIX•Sun Solaris•Windows: 2000,NT,XP•LinuxANSYS MultiphysicsTM MultiphysicsANSYS MultiphysicsTM集结构、热、计算流体动力学、高/低频电磁仿真于一体，在统一的环境下实现多物理场及多物理场耦合的仿真分析；精确、可靠的仿真功能可用于航空航天、汽车、电子电气、国防军工、铁路、造船、石油化工、能源电力、核工业、土木工程、冶金与成形、生物医学等各个领域，功能强大的各类求解器可求解从冷却系统到发电系统、从生物力学到MEMS等各类工程结构。

ANSYS复合材料仿真分析在ANSYS 中可以定义多种材料属性：主菜单-> preprocesser -> Material Prop -> Material Models -> 打开Define Material Model Behavior 对话框-> 顶部菜单中：Material -> New Model ... -> 弹出Define Material ID 对话框-> 定义更多的材料ANSYS复合材料仿真分析2009-05-23 23:31复合材料，是由两种或两种以上性质不同的材料组成。

主要组分是增强材料和基体材料。

复合材料不仅保持了增强材料和基体材料本身的优点，而且通过各相组分性能的互补和关联，获得优异的性能。

复合材料具有比强度大、比刚度高、抗疲劳性能好、各向异性、以及材料性能可设计的特点，应用于航空领域中，可以获得显著的减重效益，并改善结构性能。

目前，复合材料技术已成为影响飞机发展的关键技术之一，逐渐应用于飞机等结构的主承力构件中，西方先进战斗机上复合材料使用量已达结构总重量的25%以上。

飞机结构中，复合材料最常见的结构形式有板壳、实体、夹层、杆梁等结构。

板壳结构如机翼蒙皮，实体结构如结构连接件，夹层结构如某些薄翼型和楔型结构，杆梁结构如梁、肋、壁板。

此外，采用缠绕工艺制造的筒身结构也可视为层合结构的一种形式。

一.复合材料设计分析与有限元方法复合材料层合结构的设计，就是对铺层层数、铺层厚度及铺层角的设计。

采用传统的等代设计（等刚度、等强度）、准网络设计等设计方法，复合材料的优异性能难以充分发挥。

在复合材料结构分析中，已经广泛采用有限元数值仿真分析，其基本原理在本质上与各向同性材料相同，只是离散方法和本构矩阵不同。

复合材料有限元法中的离散化是双重的，包括了对结构的离散和每一铺层的离散。

这样的离散可以使铺层的力学性能、铺层方向、铺层形式直接体现在刚度矩阵中。

Ansys10.0 复合材料结构分析操作指导书第一章概述复合材料是两种或两种以上物理或化学性质不同的材料复合在一起而形成的一种多相固体材料，具有很高的比刚度和比强度（刚度和强度与密度的比值），因而应用相当广泛，其应用即涉及航空、航天等高科技领域，也包括游艇、风电叶片等诸多民用领域。

由于复合材料结构复杂，材料性质特殊，对其结构进行分析需要借助数值模拟的方法，众多数值模拟软件中Ansys是个不错的选择。

Ansys软件由美国ANSYS公司开发，是目前世界上唯一一款通过ISO9001质量体系认证的分析设计软件，有着近40年的发展历史，经过多次升级和收购其它CAE(Computer Aided Engineering )软件，目前已经发展成集结构力学、流体力学、电磁学、声学和热学分析于一体的大型通用有限元分析软件，是一款不可多得的工程分析软件。

Ansys在做复合材料结构分析方面也有不俗的表现，此书将介绍如何使用该款软件进行复合材料结构分析。

在开始之前有以下几点需要说明，希望大家能对有限元法有大体的认识，以及Ansys软件有哪些改进，最后给出一些学习Ansys软件的建议。

1、有限元分析方法应用简介有限元法(Finite Element Method，简称FEM)是建立在严格数学分析理论上的一种数值分析方法。

该方法的基本思想是离散化模型，将求解目标离散成有限个单元(Element)，并在每个单元上指定有限个节点(Node)，单元通过节点相连构成整个有限元模型，用该模型代替实际结构进行结构分析。

在对结构离散后，要求解的基本未知量就转变为各个节点位移(Ansys中称之为DOF(Degree Of Freedom)，试想一下，节点的位移包括沿x,y,z轴的平动和转动，也就是节点的自由度)，节点位移通过求解一系列代数方程组得到，在求得节点位移后，利用节点位移和应力、应变之间的关系矩阵就可以求出各个节点上的应力、应变，应用线性插值便可以获得单元内任意位置的位移、应力、应变等信息。

Ansys10.0 复合材料结构分析操作指导书第一章概述复合材料是两种或两种以上物理或化学性质不同的材料复合在一起而形成的一种多相固体材料，具有很高的比刚度和比强度（刚度和强度与密度的比值），因而应用相当广泛，其应用即涉及航空、航天等高科技领域，也包括游艇、风电叶片等诸多民用领域。

由于复合材料结构复杂，材料性质特殊，对其结构进行分析需要借助数值模拟的方法，众多数值模拟软件中Ansys是个不错的选择。

Ansys软件由美国ANSYS公司开发，是目前世界上唯一一款通过ISO9001质量体系认证的分析设计软件，有着近40年的发展历史，经过多次升级和收购其它CAE(Computer Aided Engineering )软件，目前已经发展成集结构力学、流体力学、电磁学、声学和热学分析于一体的大型通用有限元分析软件，是一款不可多得的工程分析软件。

Ansys在做复合材料结构分析方面也有不俗的表现，此书将介绍如何使用该款软件进行复合材料结构分析。

在开始之前有以下几点需要说明，希望大家能对有限元法有大体的认识，以及Ansys软件有哪些改进，最后给出一些学习Ansys软件的建议。

1、有限元分析方法应用简介有限元法(Finite Element Method，简称FEM)是建立在严格数学分析理论上的一种数值分析方法。

该方法的基本思想是离散化模型，将求解目标离散成有限个单元(Element)，并在每个单元上指定有限个节点(Node)，单元通过节点相连构成整个有限元模型，用该模型代替实际结构进行结构分析。

在对结构离散后，要求解的基本未知量就转变为各个节点位移(Ansys中称之为DOF(Degree Of Freedom)，试想一下，节点的位移包括沿x,y,z轴的平动和转动，也就是节点的自由度)，节点位移通过求解一系列代数方程组得到，在求得节点位移后，利用节点位移和应力、应变之间的关系矩阵就可以求出各个节点上的应力、应变，应用线性插值便可以获得单元内任意位置的位移、应力、应变等信息。

A一13玻璃钢学会第十六届玻璃钢/复合材料学术年会论文集2006年Amys在复合材料结构优化设计中的应用覃海艺,邓京兰(武汉理工大学材料科学与工程学院,武汉430070摘要:优化设计方法在复合材料结构设计中起着十分重要的作用。

本文详细介绍了Ansys两种优化设计方法.目标函数最优设计和拓扑优化设计的过程,并运用目标函数最优设计方法对复合材料夹层结构进行了最优结构层合设计和运用拓扑优化设计方'法对玻璃钢圆凳进行了最佳形状设计。

结果证明Ansys优化设计方法在复合材料结构设计中的有效性。

关键词:Ansys;优化设计方法;目标函数最优设计;拓扑优化设计;复合材料l前言复合材料是由两种或多种性质不同的材料组成,具有比强度、比刚度高、耐疲劳性能好及材料与性能可设计强等特点,广泛应用于汽车、建筑、航空、卫生等领域。

复合材料通过各相组分性能的互补和关联获得优异的性能,因此复合材料各组分之间及材料整体结构的合理布置,充分发挥复合材料的性能已成为设计的关键所在…。

Ansys软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。

优化设计是一种寻找确定最优设计方案的技术,Ansys强大的优化设计功能已广泛地应用于复合材料制品的结构设计心J。

2Ansys中的优化设计方法【3娟j2.1目标函数最优设计“最优设计”是指满足所有的设计要求,而且所需(如重量、面积、体积、应力、费用等的方案最小,即目标函数值最小。

也就是说,最优设计方案是一个最有效率的方案。

在Ansys中设计方案的任何方面都是可以优化的,如尺寸(如厚度、形状(如过渡圆角的大小、支撑位置、制造费用、自然频率、材料特性等。

实际上,所有可以参数化的Ansys选项都可以作优化设计。

目标函数最优设计是通过改变设计变量(自变量的数值,使状态变量(设计变量的函数,因变量在满足一定条件时,目标函数(因设计变量的改变而有所改变的值最小。

目标函数最优设计的一般步骤为①生成循环所用的分析文件,该文件须包括整个分析的过程,并满足以下条件:参数化建立模型(PREIy7,对模型进行初次求解(SOLUTION,对初次求解的结果提取并指定状态变量和目标函数(POSTl/POST26;②在Ansys数据库里建立与分析文件中变量相对应的参数,这一步是标准的做法,但不是必须的(BEGIN或OPT;③进入OPT优化处理器,指定要进行优化设计循环的分析文件(oPT;④声明优化变量:指定哪些参数是设计变量,哪些参数是状态变量,哪个参数是目标函数;⑤选择优化工具或优化算法:优化算法是使单个函数(目标函数在控制条件下达到最小值的传统算法,包括零阶算法和一阶算法;⑥指定优化循环控制方式,每种优化方法和工具都有相应的循环控制参数,比如最大迭代次数等;⑦进行优化分析;⑧查看设计序列结果(OPT和后处理(POSTl/POST26。

ansys acp复合材料层合板的强度有限元计算ANSYS ACP（Advanced Composite Products）是一款专业的复合材料模拟软件，它可以模拟材料的力学性能、热性能、电性能等多个方面。

利用ANSYS ACP，可以对多种复合材料层合板的强度进行有限元计算，如碳纤维增强复合材料（CFRP）、玻璃纤维增强复合材料（GFRP）等。

下面我们将从以下几个步骤来阐述如何利用ANSYS ACP进行CFRP层合板的强度计算。

步骤一：材料建模首先需要在ANSYS ACP中进行材料建模，设置合适的属性参数。

在这一步骤中需要输入的参数包括复合材料层厚度、纤维体积分数、成型方式等。

同时，需要输入材料的弹性模量、剪切模量、泊松比等参数。

步骤二：几何建模在建立完复合材料的材料模型之后，需要进行几何建模。

可以通过手动建模或者借助CAD软件对待分析物件进行建模。

设计文件包括要分析的结构的几何尺寸、荷载信息、边界条件等。

步骤三：网格划分完成几何建模后，需要进行网格划分，将待分析物体切分成若干个小单元，以利于计算。

可采用ANSYS ACP软件自带的网格划分功能，通过设置划分因子和增量因子，得到合适的网格布局和尺寸。

步骤四：载荷设置载荷设置是本次分析的关键，需要根据实际情况设置合适的载荷。

在这里可以设置弯曲荷载，压缩荷载，剪切荷载等，以及总载荷的方向和大小。

步骤五：约束条件设置设定约束条件对于分析的结果也有着重要的影响。

例如，在本次分析中可以设置在板的两端给出固定支座约束（boundary）条件。

步骤六：计算结果的查看完成以上步骤之后，可以开始进行强度有限元计算。

ANSYS ACP会自动求解产生相关计算结果，如材料强度，应力分布等。

需要注意的是，本次分析的结果只是基于材料模型和载荷等参数的理论计算结果，并不能与实验结果完全吻合。

通过以上步骤的学习，读者可以初步掌握如何使用ANSYS ACP对复合材料层合板的强度进行有限元分析。

ansys acp失效准则ANSYSACP是一种基于有限元分析的软件，用于模拟和分析复合材料的行为。

在使用ACP进行模拟时，需要考虑失效准则，以确定材料何时会失效。

本文将介绍ANSYS ACP的失效准则，以及如何使用它来预测复合材料的失效。

ANSYS ACP的失效准则基于材料的最大应力理论和最大应变理论。

最大应力理论认为，当材料中的任何一个部分受到的应力超过了材料的强度时，该部分将会失效。

最大应变理论则认为，当材料中的任何一个部分的应变超过了材料的极限应变时，该部分将会失效。

在ANSYS ACP中，可以选择使用最大应力理论或最大应变理论作为失效准则。

此外，还可以使用其他的失效准则，如能量准则和损伤准则。

使用ANSYS ACP进行失效准则的预测时，需要考虑以下因素：1.材料属性：材料的强度、极限应变等属性将会影响失效准则的预测结果。

2.加载条件：材料的失效准则还与其所受的应力和应变加载条件有关。

3.几何形状：材料的形状和尺寸也将影响失效准则的预测结果。

例如，一个弯曲的复合材料梁的失效准则将与一个平板的复合材料样品的失效准则不同。

4.模拟方法：模拟方法的选择也将影响失效准则的预测结果。

例如，使用线性分析还是非线性分析，使用静态分析还是动态分析。

在使用ANSYS ACP进行复合材料的失效准则预测时，需要进行一系列的分析和验证，以确保预测结果的准确性。

此外，还需要根据实验结果对模型进行改进和调整，以提高预测结果的可靠性。

总之，ANSYS ACP的失效准则是预测复合材料失效的重要工具。

通过合理的分析和验证，可以获得准确的预测结果，进而指导实际的设计和制造。

ESAComp软件是专业的复合材料设计分析软件系统 , 最初由欧洲航天局 (ESA) 发起 , 并由芬兰赫儿辛基大学轻型结构材料实验室开发完成。

其目标为开发成一种可以在统一界面下包含所有复合材料分析和设计能力的软件工具。

ESAComp 具有基于微观力学分析的广泛的实体 / 夹层板分析、设计能力，而且它包含了针对单层板、层压板、加筋板、梁和柱体，以及胶接和机械连接等等各种复合材料结构形式、连接形式的分析工具。

具有同目前广泛使用的各种有限元软件包的交互接口，从而使 ESAComp 同设计过程实现了无缝结合。

ESAComp 是专业的复合材料设计分析工具，具有友好的图形化用户界面，多重分析和图形化结果显示，多级别的专业数据库，同目前广泛使用的各种有限元软件包的衔接能力，支持用户定制的扩展功能。

虽然该软件起源于航空、航天领域，但是已经被开发成适用于复合材料研发人员的通用工具。

VISTAGY公司开发的FiberSIM是专门用于复合材料构件设计和制造的工具。

在三维模拟环境中，工程师可以使用此软件建立复合材料部件完整的数字产品定义。

FiberSIM支持整个产品开发过程，还有多种材料的灵活设计方法和制造方法。

该软件可以模拟复合材料在复杂曲面上的变形，产生制造信息，这些信息包括文档、平展模型和驱动下游生产设备所需要的数据。

它支持包括手糊、模塑、预浸带ESAComp软件是专业的复合材料设计分析软件系统 , 最初由欧洲航天局 (ESA) 发起 , 并由芬兰赫儿辛基大学轻型结构材料实验室开发完成。

其目标为开发成一种可以在统一界面下包含所有复合材料分析和设计能力的软件工具。

ESAComp 具有基于微观力学分析的广泛的实体 / 夹层板分析、设计能力，而且它包含了针对单层板、层压板、加筋板、梁和柱体，以及胶接和机械连接等等各种复合材料结构形式、连接形式的分析工具。

具有同目前广泛使用的各种有限元软件包的交互接口，从而使 ESAComp 同设计过程实现了无缝结合。

复合材料设计与分析软件的介绍1 引言复合材料以其高强轻质、性能各向异性和结构可设计性等特点，广泛应用于航空航天、汽车、船舶等领域。

但复合材料铺层结构设计较为复杂，性能分散性大，这些问题和缺陷使复合材料的进一步推广应用遇到了阻碍。

为解决上述问题，多种复合材料设计、分析软件被开发、运用于复合材料的设计和制造中，大大的方便了复合材料的分析、设计过程，本文介绍Larrunate Tools、ESAComp、SYSPLY、FiberSIM四种软件的主要优越性及其在复合材料分析、设计过程中所发挥的作用。

2 Laminate Tools软件(简称LT)Laminate Tools是由英国Anaglyph软件公司推出的独具特色的一教软件，它集复合材料结构设计、分析和制造于一身，Laminate Tools由显示、设计、分析、检查以及制造工艺5个功能模块组成，分别涵盖了三维模型可视化显示、材料铺层等信息建立与编辑、层合板性能生成、商业化有限元软件结果可视化检查以及制造工艺信息及下料图形的输出。

Laminate Tools主要功能：2.1 显示模块显示模块的界面如图1所示。

图1 显示模块界面Laminate Tools可以读取包括：行业标准*.Layup文件，NASTRAN的*.nas、*.bdf及*.fem等输入文件，Ansys 的*.cdb文件，FiberSIM的*.fml数据文件，以及CAD的STL格式文件；以多种模式和多视角显示模型网格，有透视图、剪切视图、拾取视图、印刷视图等；Larrunate Tools的显示模块能够显示材料特征，覆盖和量化使用方法；显示单层覆盖、纤维取向、铺覆图案、平面样板图、边界、材料、物理和铺覆特征和源于每层的铺层；显示偏移定义；显示厚度分布；显示每个有限元层合特性细节。

2.2 设计模块Laminate Tools的设计模块能够创建和修改材料、单层、偏置和铺层，处理结构中所有与复合材料相关的问题；并可使用子层，以隔开结构部件；铺覆选择，包括开口、同一单层中不同部分铺覆顺序、织物尺寸限制和种子曲线限制等，以跟随特定结构特征。

ANSYS ACP复合材料案例详解－1该算例为简单层合板分析，描述了从几何模型到后处理的基本操作流程。

1.前处理部分1〉打开ANSYS Workbench，直接拖拽ACP（Pre）到工作界面：2〉双击打开Engineering Data，分别创建单向纤维增强复合材料UD_T700与中心层材料Corecell_A550，详细定义如下：3〉返回Project，打开DesignModeler界面，设置单位制：4〉创建草图：5〉生成surface：6〉双击Model，打开Mechanical界面，设置厚度（此处厚度设置与铺层厚度无关）：7〉网格设置，生成网格：8〉更新流程：9〉双击或者右键-Edit打开ACP，可以看到，Engineering Data中的材料已经自动导入ACP：10〉注意单位设置，另外，ACP操作的每一步都需点击update图标才能更新：11〉创建层板与厚度（Fabrics）：12〉创建Stackups：13〉创建子层合板Sub Laminate：14〉创建铺层参考方向Rosetts：15〉定义Oriented Selection Sets，Point选择几何上的任一点即可，带[]部分，点击[]，再点击左侧相关项，即可自动导入；其中三Resetts代表的是铺层材料的0°方向，16〉查看参考方向，铺层零度方向，以及法向等可点击工具栏图标，如下：17〉右键点击Modeling Groups，创建三个层组，命名如下：18〉在sandwich_bottom下进行第一个层设置，命名为bottom_1，如下：19〉在sandwich_core下进行第二个层设置，命名为core_2，如下：20〉在sandwich_top下进行第三个层设置，命名为top_3，如下：21〉更新，层定义应该如下图所示：22〉返回workbench主界面，更新ACP流程：拖拽Static Structural流程到界面，将ACP的A5连接到Static Structural的B4，选择传递壳数据，连接好的流程见下图：23〉更新结构分析流程，双击打开Mechanical界面，四条边固定支撑，面上施加0.1Mpa压力，边界条件设置如图：2.求解，点击Solve直接求解3.后处理1〉拖拽ACP(Post)流程到ACP(Pre)上，连接效果如下：2〉将Static Structural的结果Solution与ACP后处理的Results部分连接，求解结果文件将被读入到后处理模块，如图：3〉更新流程，保证静态分析与ACP前处理流程上都是绿色对勾标志，刷新ACP后处理的Results部分:4〉双击打开ACP(Post)，在Solution分支下查看变形结果，设置如下：5〉变形结果云图：6〉接下来，配置组合失效准则，创建复合材料结构的失效结果图，两种材料的强度极限最初在Engineer Data中已经定义好。

406第11章 复合材料分析平台中能完成复合材料的定义工作。

注：由于篇幅限制，本实例不对ACP（Pre）平台界面进行详细介绍，ACP模块将在后续的书籍中进行详细讲解。

图11-18 ACP平台界面11.3.6 ACP复合材料定义Step1依次单击ACP-Pre→Models→ACP Model→Material Data→Fabrics命令，如图 11-19所示，并在Fabrics命令上右键单击，在弹出的快捷菜单中选择Create Fabric…命令。

Step2在弹出的图11-20所示的Fabric Properties对话框进行复合材料设置：①在Name栏中输入材料名称为UD_T700_200gsm；②在General→Material选项中选择UD_T700选项；③在General→Thickness栏中输入厚度为0.2，其余默认并单击“OK”按钮。

图11-19 创建复合材料图11-20 材料参数定义11.3 复合材料静力学分析实例——复合板受力分析 407Step3 同样操作定义图11-21所示的Core 材料：① 在Name 栏中输入材料名称为Core ；② 在General →Material 选项中选择Corecell _A550选项；③ 在General →Thickness 栏中输入厚度为15，其余默认并单击“OK ”按钮。

Step4 依次单击ACP-Pre →Models →ACP Model →Material Data →Stackups 命令，如图11-22所示，并在Stackups 命令上右键单击，在弹出的快捷菜单中选择Create Stackups…命令。

图11-21 材料参数定义 图11-22 快捷菜单 Step5 在弹出的图11-23所示的Stackup Properties 对话框中做如下设置：① 在Name 栏中输入名字为Biax _Carbon _UD ；② 在Fabrics →Fabric 栏中选择UD _T700_200gsm 选项，在Angle 栏中输入−45°； ③ 在下一个Fabric 栏中选择UD _T700_200gsm 选项，在Angle 栏中输入45°，其余默认并单击“OK ”按钮，完成输入；④ 单击Analysis 选项卡，勾选Layup →Analysis Plies （AP ）选项；⑤ 勾选Text →Angle 选项；⑥ 勾选Polar →E1、E2、G12三个选项，并单击“Apply ”按钮，此时出现图11-24所示的极坐标属性。

ANSYS Composite PrepPost Modeling Composites the Simple Way安世亚太科技股份有限公司演讲人：刘程伟复合材料简介ANSYS复合材料分析技术 ACP介绍ACP特色功能ACP新功能复合材料简介ANSYS复合材料分析技术 ACP介绍ACP特色功能ACP新功能•复合材料(Composite materials)，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。

•各种材料在性能上取长补短复合材料的分类A.颗粒增强复合材料B.纤维增强复合材料•短纤维增强•长纤维增强复合材料薄片- 由基体和增强体组成的单层结构。

材料属性采用等效的方式。

基体- 一般采用各向同性材料，起到包裹增强体的作用。

纤维增强体- 被基体材料包裹，是复合材料各向异性力学行为的主要原因。

LT叠层组合- 多组复合材料薄片组成，纤维的方向一般不同应用领域•航空航天•风能•运动和娱乐•建筑行业•汽车行业•船舶行业•国防领域•……目录复合材料简介ANSYS复合材料分析技术 ACP介绍ACP特色功能ACP新功能ANSYS 复合材料分析技术•复合材料单元：•Mechanical APDL包含多种复合单元•不同截面属性的3D 梁单元–BEAM188, BEAM189, ELBOW290 elements•2D 轴对称壳单元–SHELL208, SHELL209 elements•3D 铺层壳单元–SHELL181, SHELL281 elements (SHELL131 and SHELL132 are thermal shells)•3D 铺层实体单元–SOLID185, SOLID186, SOLSH190,SOLID278,SOLID279 elementsANSYS 复合材料分析技术•厚度方向仅采用一个单元，模拟复合材料的铺层力学性能–不需要单独的对每层划分网格•可以采用多种失效准则，对复合材料的强度进行评估–最大应变准则–最大应力准则–Tsai-Wu 准则–用户自定义准则•更多的内容参看ANSYS–“Mechanical APDL (formerly ANSYS) > Structural Analysis Guide > Ch. 13 Composites”–“Mechanical APDL (formerly ANSYS) > Structural Analysis Guide > Ch. 16 Beam Analysis and Cross Sections”–“Mechanical APDL (formerly ANSYS) > Structural Analysis Guide > Ch. 17 Shell Analysis and Cross Sections”ET,1,SHELL181! LAYERS PROPERTIESSECTYPE,1,SHELL,,MON_STRATIFIE SECDATA,0.025,1, 0SECDATA,0.500,1, 45SECDATA,0.500,1, -45 SECDATA,0.025,1, 0! ORTHOTROPIC MATERIAL PROPERTIES MP,EX,1,25E6MP,EY,1,1E6MP,EZ,1,1E6MP,GXY,1,5E5MP,GYZ,1,2E5MP,GXZ,1,5E5MP,PRXY,1,0.25MP,PRYZ,1,0.01 SECPLOT,1 (or LAYPLOT command)/PSYMB,ESYS,1THETA = Angle (in degrees) withrespect to element coordinatesystem (ESYS)/ESHAPE,1/EFACET,2EPLOTANSYS 复合材料分析技术目录复合材料简介ANSYS复合材料分析技术 ACP介绍ACP特色功能ACP新功能ANSYS Composite PrepPost介绍ANSYS ACP的主要功能•创建各种形式的复合材料模型•定义复合材料的铺层设置•定义复合材料的纤维方向•对复合材料结构进行评估•评估每层的应力情况•计算复合材料的失效ANSYS ACP分析流程建立几何模型施加边界条件ACP复合材料前处理：铺层信息定义(每层材料属性、厚度、铺层方向角等)ANSYS求解ACP后处理为复合材料加工制作提供必要数据ACP与ANSYS数据传递ANSYS WorkbenchSOLVER定义几何以及边界条件定义铺层信息Write an acp.cdbFileRead the acp.cdbFileImport the results (rstfiles) for postprocessingWrite a *.cdb file withdefined lay-upsLaunch solver其他方式后处理ANSYS Mechanical APDL前处理后处理求解定义材料属性•材料属性的定义同样在ANSYS材料库中进行•定义材料属性的过程中需要考虑纤维的影响•必须的材料属性设置•x, y, z三个方向的杨氏模型•xy, yz, xz三个方向的剪切模量•xy, yz, xz三个方向的泊松比1, x 2, y3, z•失效准则需要定义应力极限值和应变极限值•应力极限值和应变极限值在拉伸和压缩方向一般是不同的应力极限应变极限拉伸X, Y 和 Z 拉伸X, Y 和 Z压缩X, Y 和 Z 压缩X, Y 和 Z剪切XY, YZ 和 XZ 剪切XY, YZ 和 XZ定义材料属性•网格划分过程与普通静力学通用•Mesh中所有的尺寸和选项控制都可以使用•复合材料的建模分析，以面体的网格为起点•ACP同样能够进行实体复合材料的分析•单元集通过Named Selections进行定义•基于Named Selections定义复合材料的铺层•更改几何模型时候需要检查Named Selections的定义单元集Named SelectionsANSYS Composite PrepPost 分析过程•开始复合材料的分析ANSYS Composite PrepPost 界面标准视图模式和视图设置模型树后处理显示设置铺层设置•复合材料铺层设置•采用的纤维层(fabric)•确定需要铺层的位置•铺层的参考方向•增强纤维的方向Static Structural 分析求解ACP (Post) 后处理•失效准则•Max. Strain & Max. Stress •Tsai-Wu•Tsai-Hill•Hashin•Puck•LaRC•Cuntze•Face Sheet Wrinkling•Core Failure•可以在后处理中查看•失效准则•失效模式•关键层•临界载荷步s2t(5) s2t(5)s2t(5)s2t(5)ACP基本功能总结•完全集成于WorkBench平台•直观的创建复合材料铺层•依据制造的过程创建模型•简单高效的修改铺层设置•包含目前通用的失效准则•高效的后处理过程目录复合材料简介ANSYS复合材料分析技术 ACP介绍ACP特色功能ACP新功能Oriented Element Sets利用“方向化单元集”来定义复杂的铺层方向(OES ：Oriented Element Sets) the OES normal the OES reference direction the ply angle直观的铺层定义(Build the laminate lay-up)铺层材料铺层方向角铺层数量查看铺层截面，确认铺层正确无误提供复合材料“Draping”功能Draping coefficients提供多种失效模式定义复合材料失效通常有以下两种:●层间失效(由于剪切或拉伸力作用引起)●层内的纤维或基体破坏失效failure patternout-of-phase micro buckling in-phasemicro bucklingshear failurefiber tensionfiber compression fiber ruptureεm > εfmatrix failureεf > εmtransverse crack interfacial failureshear failure with fiber rupture shear w/o fiber rupturematrix tension matrix compressionACP 强大的后处理功能 Agarwal/Broutman (1990) Agarwal/Broutman (1990) delaminationmatrix crack fiber rupturedebondingmicro-buckling / shear failure实体模型•复合材料模型通常是薄壳类结构•壳体厚度方向应力为零实体模型•壳体厚度方向应力不为零•厚度方向应力产生的效果与垂直于纤维方向应力效果相同，很小的应力会造成复合材料的失效•以下情况建议采用实体复合材料模型•多层复合材料•大变形•厚度方向存在载荷•实体模型的分析流程•实体复合材料模型创建过程类似于制造过程。

ANSYS与ABAQUS软件介绍及对比ANSYS软件介绍ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。

由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAD 工具之一。

一、软件功能简介软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。

前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。

启动ANSYS，进入画面以后，程序停留在开始平台。

从开始平台（主菜单）可以进入各处理模块：PREP7（通用前处理模块），SOLUTION（求解模块），POST1（通用后处理模块），POST26（时间历程后处理模块）。

ANSYS用户手册的全部内容都可以联机查阅。

用户的指令可以通过鼠标点击菜单项选取和执行，也可以在命令输入窗口通过键盘输入。

命令一经执行，该命令就会在.LOG文件中列出，打开输出窗口可以看到.LOG文件的内容。

如果软件运行过程中出现问题，查看.LOG文件中的命令流及其错误提示，将有助于快速发现问题的根源。

.LOG 文件的内容可以略作修改存到一个批处理文件中，在以后进行同样工作时，由ANSYS自动读入并执行，这是ANSYS软件的第三种命令输入方式。

这种命令方式在进行某些重复性较高的工作时，能有效地提高工作速度。

ESAComp复合材料结构设计的专用软件Markku Palanters, Componeering 公司，芬兰，赫尔辛基CAEDA 编译简介：复合材料层合板的设计过程存在着同传统金属结构设计不同的阶段。

例如，复合材料的结构设计有许多种可能的材料组合，而且，材料的各向异性力学行为在设计阶段是能通过选择特定的纤维方向和叠层次序就确定了的。

虽然有限元程序能够用来对复合材料进行分析，但是却不能够涵盖所有涉及复合材料具体设计和分析方面。

因此，还需要专业化的复合材料设计工具来对复合材料进行设计。

一些比较先进的设计工具，如本文中涉及的ESAComp软件，同有限元软件包结合起来，组成了复合材料结构设计过程的整个部分。

关键词：复合材料，复合材料结构，层合板，夹层结构，分析，设计，软件，ESAComp 1. 复合材料的设计需要软件工具在很多方面，复合材料的结构设计同金属材料的结构设计都存在着差异。

在设计阶段纤维增强复合材料结构和夹层结构的力学性能就已经被确定下来。

通过选择不同的材料、铺层角和叠层次序可以无限设计出具有不同力学性能特征的复合材料来。

要充分利用复合材料优异的比刚度、比强度就需要非常强调复合材料的设计工作。

通过使用各向异性壳单元，所有的主流有限元软件对复合材料结构分析都提供了很大的帮助。

但是，在复合材料的初始设计阶段对整个结构进行有限元分析的起始准备工作，包括材料种类的选择、层合和夹层结构的设计以及层合板铺层方式设计，有限元软件的实用性不大。

当在层合板结构的不同层的级别上来对复合材料行为进行细节研究时，有限元软件包提供的后处理能力尤其有限。

这也再次说明了专业复合材料分析工具的必要性。

从文件输入\输出的内部代码方式到电子数据表格的应用和完全交互式视窗程序，许多的软件工具被开发出来对层合板进行分析。

当前一些比较高级的软件工具已经从基本的层合板分析发展到了对类似梁、板和夹层面板中复合材料层板的连接等这样的结构单元进行分析。