基于ANSYS的复合材料蜂窝结构可靠性分析
Ansys在复合材料结构优化设计中的应用
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复合材料仿真分析
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。
基于ANSYS的空间框架结构可靠度分析
基于ANSYS的空间框架结构可靠度分析***[摘要]为研究空间框架结构位移可靠度，基于蒙特卡罗法和响应面法的基本原理，利用ANSYS有限元分析软件对四榀三跨三层框架在水平荷载作用下进行了位移可靠度分析。
计算结果表明，结构最大位移以及最大应力利用蒙特卡罗法和响应面并结合蒙特卡罗法计算的失效概率较为接近；在设计过程中要注意截面尺寸对结构位移的影响。
ANSYS分析结构可靠度速度较快，数据合理，可为复杂结构的可靠性分析提供参考。
关键词：ANSYS；框架结构；变形；应力；可靠度结构的安全性、适用性、耐久性统称结构可靠性。
因为工程结构在设计、施工、使用过程中很多因素影响整个工程的安全、适用、耐久，所以工程结构在设计过程中就要求具有安全可靠性。
[1]我们对影响工程结构的这些不定因素进行分析为结构可靠性分析，这也是工程结构可靠性计算的重要组成部分。
基于可靠性对工程结构进行设计、分析是工程发展中的一大进步，但是目前的应用还主要停留在构件可靠性水平，而工程结构往往是由许多构件组成的结构，当一个构件或多个构件失效后，剩下的工程构件依旧然能完成规定的功能，只有当失效构件达到一定数量后，整个工程结构才会失效。
因此，工程结构的可靠性问题往往是整个结构可靠性问题。
1工程算例设计为三层4*3柱网框架结构，结构平面图所示，其主要承重构件的截面尺寸及材料力学性能初始设定参数及变化函数分布如下：层高：3米，服从均匀分布框架柱： 500mm 500mm混凝土柱，截面尺寸服从正态分布外环梁： 300mm 500mm混凝土梁，截面尺寸服从三角分布楼面梁：工字钢，高H＝500mm，宽B＝200mm，截面尺寸服从均匀分布翼缘：t1＝16mm，腹板t2＝10mm，截面尺寸服从均匀分布楼面板： 100mm混凝土楼面板，厚度服从均匀分布C30混凝土材料特性：弹性模量E＝3.0*1010N/m2，服从正态分布密度 ＝2500Kg/ m3；，服从均匀分布泊松比 ＝0.2，型钢钢材：弹性模量E＝2.1*1011N/m2，服从正态分布密度 ＝7800Kg/ m3，，服从均匀分布 泊松比 ＝0.3，楼内均布载荷：400KN/M 2，服从均匀分布 风载荷：0.5 KN/M 2，服从均匀分布 雪雨载荷：0.7KN/M 2，服从均匀分布2 有限元模型的建立在建立空间框架结构有限元模型时，所有的柱、梁均选择为BEAM4单元，每根柱、梁被分为两个单元，共计172个单元。
复合材料蜂窝夹层结构的优化设计
复合材料蜂窝夹层结构的优化设计摘要本文主要探讨了复合材料蜂窝夹层结构的优化设计方法。
首先介绍了蜂窝夹层结构的优点和应用领域，接着分析了其存在的问题和挑战。
然后，针对这些问题，提出了一系列优化设计方法，包括材料选取、蜂窝结构设计和界面优化等方面。
最后，通过具体案例分析，验证了所提出的优化设计方法的有效性。
1. 引言复合材料蜂窝夹层结构是一种在航空航天、汽车、建筑等领域广泛应用的先进结构材料。
其由两层面板夹持着一个蜂窝状的中间层，形成轻质且高强度的结构。
蜂窝夹层结构具有优异的性能，如高比强度、高比刚度、吸能能力强等，在许多领域都有广泛的应用。
2. 优点和应用领域蜂窝夹层结构具有以下几个优点： 1. 轻质高强度：蜂窝夹层结构由轻质面板和中间的蜂窝状结构组成，使其具有较小的自重和较高的强度。
2. 吸能能力强：蜂窝夹层结构中的蜂窝层具有吸能能力，能够有效地吸收冲击能量，提高结构的抗冲击性能。
3. 隔热隔音：蜂窝夹层结构中的蜂窝层具有较好的隔热隔音性能，适用于一些需要绝热隔音的场合。
蜂窝夹层结构广泛应用于以下几个领域： - 航空航天领域：蜂窝夹层结构在飞机、航天器等领域中被广泛使用，能够提高载荷能力和提高飞行性能。
- 汽车领域：蜂窝夹层结构可以用于汽车车身、底盘等部件，提高汽车的强度和安全性能。
-建筑领域：蜂窝夹层结构可以用于建筑的外立面、屋顶等部件，具有较好的隔热隔音效果。
3. 问题和挑战尽管蜂窝夹层结构具有许多优点，但仍然存在一些问题和挑战： 1. 材料选取：蜂窝夹层结构的性能与所选用的材料密切相关，如何选择合适的材料成为优化设计的重要问题。
2. 蜂窝结构设计：蜂窝夹层结构的性能也与其内部的蜂窝结构密切相关，如何设计合理的蜂窝结构是优化设计的关键。
3. 界面优化：蜂窝夹层结构中各层面板和蜂窝层之间的界面连接也对其性能产生影响，需要进行界面优化。
4. 优化设计方法针对以上问题和挑战，可以采取以下优化设计方法来提升蜂窝夹层结构的性能：4.1 材料选取在进行蜂窝夹层结构的设计时，需要选择合适的材料。
基于ANSYS的结构可靠度分析
基于ANSYS的结构可靠度分析基于ANSYS 的结构可靠度分析摘要：工程结构形式复杂多样，多数情况下其功能函数不能显示表达，传统的可靠度计算方法不再适用。
利用结构分析软件ANSYS 可有效解决该问题。
ANSYS 基于数值模拟技术分析结构可靠度。
结果表明该法准确、直观，具有较高的效率和使用价值。
0 前言可靠度的研究始于20世纪20年代，并逐步扩展到结构分析和设计领域。
国际上关于可靠度的研究一直很活跃，我国也于50年代开始了可靠度的研究。
经过几十年的发展，可靠度分析方法也臻于成熟。
目前形成了多种有效的可靠度分析方法，但许多方法需要大量的数学运算，在一定程度上限制了其发展，鉴于此本文利用有限元分析软件对结构进行可靠度分析。
1 结构可靠度概念结构可靠度的定义[1]是:“工程结构在规定的时间内,规定条件下,完成预定功能的概率”。
这就要求对结构正常设计、正常施工、正常使用，但由于还存在着种种影响结构可靠度的不确定性因素即事物的随机性、模糊性、知识的不完善性[2]，合理、正常的设计、施工和使用只是保证结构具有一定可靠性的前提和基本条件。
要真做到结构安全、适用和耐久，还要研究分析这些不确定性的方法，并分析结果进行决策。
以随机性为不确定性内容的结构设计和分析方法就是结构可靠性方法。
可靠性分析的意义在于：一方面若某因素对结构失效影响较大,则在设计制造过程中就要严格加以控制,以保证结构有足够的安全可靠性。
反之,如某因素的变异性对结构可靠性的影响不显著,则在进行结构可靠性分析时,就可把它当定值处理,以减少随机变量的数目。
另一方面,如果结构的可靠度或失效概率没有达到预定的水准,则首先须变化对可靠度有重要影响的输入变量。
在结构的可靠性和失效概率可以接受,输出结果变量的分散程度较小时,可考虑在不影响可靠性和质量的前提下如何节省经费。
这种情况下应首先变更那些影响程度较小的参数。
2 可靠度的分析方法工程结构可靠性分析是用概率和数理统计等理论，对影响结构可靠性的不确定性进行适当处理的一种方法[3]。
复合材料蜂窝夹层结构的总体稳定性研究
复合材料蜂窝夹层结构的总体稳定性研究摘要：蜂窝夹芯板是一种典型的复合材料结构，由两块高强度、高刚度的薄面板和低密度、低刚度、低强度的厚芯板组成。
由于其高比强度、比刚度和较好的隔热、隔振、抗冲击等优点，成为航空航天不可缺少的材料之一。
当前，在型号研制中，蜂窝夹层结构已成功地应用于飞机的翼面、舵面、地板、雷达罩及整流罩。
复合材料蜂窝夹层结构在压、剪载荷作用下的的主要失效模式可分为局部失效和总体失稳两大类，局部失效主要包括面板失效、蜂窝失效和界面失效等。
关键词：蜂窝夹层结构；总体稳定性；有限元；用两种有限元模型和工程方法分别对复合材料蜂窝夹层结构在压缩、剪切载荷作用下的总体稳定性进行了计算，根据各计算结果与试验结果进行了对比分析。
结果表明：对于承受压缩载荷的结构，采用工程计算法能够较好的预估结构的屈曲临界载荷，而对于承受剪切载荷的结构，采用三维有限元法能较好的计算结构的屈曲载荷。
一、试验1.试验件。
试验件分为压缩试验件和剪切试验件两类。
试验件单向带材料为CCF300/BA9916-II，织物的材料为CF3031-BA9916-II，蜂窝芯子的材料为NRH-2-48。
压缩试验件尺寸为720mm638mm，端部36mm进行灌胶处理并将蒙皮加厚作为夹持端，蜂窝芯子处面板铺层为[(±45°)/0/(±45°)]，在试验件两侧边10mm区域进行灌胶处理，蜂窝芯子的厚度为8mm。
剪切试验件为正方形，边长为850mm，蜂窝芯子处面板铺层为[(±45°)/0/(±45°)]，试验件的侧边处过渡为层压板结构并进行局部加厚作为试验件的夹持端。
2.试验过程。
对压缩试验件，试验时需设计压缩试验夹具以实现对试验件提供轴向压缩加载，设计时需要2套夹具，一套用来夹持试验件的端部，便于载荷的施加，同时也对试验件的端部提供支持，一套用来夹持试验件的侧边，对试验件的侧边提供支持。
Ansys复合材料结构分析操作指导书
Ansys复合材料结构分析操作指导书Any10.0复合材料结构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Any是个不错的选择。
1、有限元分析方法应用简介有限元法(FiniteElementMethod，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(Any中称之为DOF(DegreeOfFreedom)，试想一下，节点的位移包括沿某,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。
2、Any软件的发展近况Any软件目前已发展到AnyV12版本，从V10开始Any加入了一个新的工作环境Workbench，原先的Any被称为Any(claic)，虽然操作界面不同，但两者的求解器是一样的。
Any(claic)的前处理功能相对较弱（主要是建模方面），因而往往需要借助第三方软件，如CAD软件。
也许是迫于另一个有限元分析软件ABQUS的竞争压力，Any推出了新的Workbench工作环境，Workbench在建模、划分网格、求解和后处理上都作了改进，尤其在建模和划分网格方面有了巨大进步，建模方面与传统CAD软件一样采用图形界面，极大地提高了图形的可视性，划分网格采用了AnyICEMCFD 的功能，使划分的网格更加易控，最重要的是免去了从第三方软件导入模型、网格过程中可能存在的各种问题，实现了真正的“无缝”连接。
复合材料蜂窝夹芯板仿真技术研究
复合材料蜂窝夹芯板仿真技术研究随着航空航天工业的迅猛发展，高性能轻量材料正逐步取代传统重量材料，成为未来高端品质产品的主要基础。
在高速发展的该领域中，复合材料因其轻质、高刚度、高强度、耐腐蚀性好等特点备受瞩目。
复合材料蜂窝夹芯板是一种新型高性能复合材料，具有重量轻、刚度高、强度大等特点，广泛应用于航空、航天、车辆、轨道交通、建筑等领域。
在实际应用过程中，需要对复合材料蜂窝夹芯板进行仿真研究，以评估其性能和模拟实际工作环境。
本文主要针对复合材料蜂窝夹芯板的仿真技术进行研究和分析。
首先，介绍了复合材料的基本结构和性质，并详细描述了蜂窝夹芯板的结构和特点。
其次，通过有限元分析(FEA)软件对蜂窝夹芯板进行了力学仿真研究，结合实际工况，分析了不同荷载条件下板件的应力和变形情况。
最后，根据仿真结果，对复合材料蜂窝夹芯板的结构优化和设计提出了建议。
复合材料的基本结构和性质复合材料是由两种或两种以上的不同材料通过化学或物理方法组成的一种材料。
其主要特点是具有优异的力学性能，包括高强度、高刚度、高韧性和良好的耐划伤和耐磨性。
复合材料的基本结构由增强材料和基体材料两部分组成，通常增强材料是纤维和颗粒，基体材料常常是聚合物。
复合材料的性能取决于增强材料和基体材料的选择和配比。
常用的增强材料有碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等，基体材料可选用聚酰胺、环氧树脂、聚酯等。
蜂窝夹芯板的结构和特点蜂窝夹芯板是由两个毗邻的面层、两个夹层和一个中间的蜂窝结构组成的板材结构，通常由钢、铝、碳纤维等材料制成。
该结构的特点是在保证强度和刚度的情况下降低了整个结构的重量，使得其在航空航天、交通运输等领域被广泛应用。
FEA仿真研究有限元分析是一种常用的结构力学仿真方法，是通过计算机模拟结构的力学行为，包括应力、应变和变形等特性。
有限元分析软件较为流行的包括ANSYS、ABAQUS等。
在复合材料蜂窝夹芯板的研究中，采用ANSYS软件进行应力仿真分析。
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1 AN SYS概率分析功能
AN SYS提供的 概 率 分 析 功 能 可 以 解 决 以 下 问 题 :根据模型中输入参数的不确定性计算待求结果 变量的不确定性 ;确定由于输入参数的不确定性导 致结构失效概率数值 ;已知容许失效概率确定结构 行为的容许范围如最大变形 、最大应力等 ;判断对输 出结果和失效概率影响最大的参数 ,计算输出结果 相对于输入参数的灵敏度等. 1. 1 概率分析方法
ν 12
=ν23
=ν31
= 0.
25 G12
= G21
= 2.
6
GPa
对流换热系数 a = 30 W /M2 ℃, 材料导热系数
k11 = 30 W /M2 ℃, k22 = k33 = 1. 1 W /M2 ℃,热膨胀系
数为 1. 5 ×10 - 5 / ℃.
蜂窝夹芯 :
E1 = 25 M Pa E2 = 25 M Pa E3 = 30 M Pa
Honeycom b structura l reliab ility ana lysis of com posite m eter ia ls w ith ANSY S
ZHOU J ian2sheng, Q IAO Hong2wei
(College of Civil Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China)
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
第 8期 周健生 ,等 :基于 ANSYS的复合材料蜂窝结构可靠性分析
结构的可靠度是指结构在规定的时间内 、规定 的条件下 (正常使用极限状态和承载能力极限状 态 )完成预定功能的概率. 如结构的基本变量由 x1 , x2 , … , xn组成 ,且结构功能 Z为基本变量的函数 , 则结构的功能函数 (极限状态函数 )可表示为 : Z = g ( x1 , x2 , … , xn ) . 在概率极限状态设计理论中 ,极 限状态方程为 : g ( x1 , x2 , … , xn ) = 0. 通常在结构 设计中 ,基本变量 x1 , x2 , … , xn为随机变量 ,如果 把基本变量归结为结构抗力 R 和载荷效应 S 两大 类 ,则结构功能函数可简化为 : Z = R - S. 所以在概 率极限状态的结构设计中 ,必须满足下列条件 ,即 : Z = g ( R, S ) : R - S ≥ 0. 由可靠理论可知 ,求一个结 构的可靠度就是求极限状态函数 g ( x) ≥0的概率. 所以 ,利用 ANSYS概率分析功能计算出 g ( x ) ≥0 的概率 ,就得到了结构的可靠度 [ 5 ].
图 3 Z方向位移图
2. 2. 3 板的可靠性分析 进行完结构分析后 , 进入后处理 , 使用 3 GET
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处理模块 、求解模块 、结果提取等内容. 其中预处理 模块主要工作为设定单元类型 、实常数 、材质 ,构建 结构实体模型并进行网格划分等 ;求解模块中定义 分析类型及相应选项 、施加载荷 、确定载荷步选项等 并求解 ;求解结束后 ,使用 3 GET命令提取计算结 果 ,将值赋给将被指定为输出变量的参数. 在可靠性 分析阶段. 主要工作包括指定可靠性分析文件 、选择 和定义输入变量以及输出变量之间的相关系数 、确 定各输入变量服从的分布类型和分布函数 、选择分 析工具 ,后处理阶段则通常包括抽样过程显示 、绘制 设计变量取值分布图 、绘制失效概率分布函数 、确定 结构可靠性分析中输入变量和输出变量的相关系数 矩阵 、假定已知结构的失效概率寻找对应的输入变 量 、灵敏度分析 、生成分析报告等 [ 2 ] . 1. 2 ANSYS如何进行热应力分析
2 具体实例
2. 1 问题描述 一个复合材料蜂窝夹芯板 ,上下两层面板是由
7层相同石墨 /环氧单层板组成的矩形板 , 铺设角
为 , [ 0°, 45°, - 45°, 90°, - 45°, 45°, 0°] ,夹芯板
的几何尺寸为 0. 2 m ×0. 1 m ×0. 025 m ,夹芯板的上
表面温度 130 ℃,其余各面为 30 ℃,板左面固支 ,右
值小于 3. 00e - 003m ,且置信度为 95% 时的使用可 靠度为 0. 9023;不受热的情况下为 0. 9821.
3 结束语
结果表明 ,板在受热的情况下对结果影响较大 , 下图是各个变量对应力的影响敏感度图.
图 2 温度分布图
2. 2. 2 板的热力分析 首先将热单元转换成结构单元, 转换后
摘 要 :对有限元分析软件 ANSYS的概率分析功能做了简单的介绍 ,还介绍了复合材料蜂窝结构受热载荷分 析的方法 ,提出了利用 ANSYS概率分析功能对复合材料蜂窝结构进行可靠性分析的方法 ,分析了各种随机变 量对应力的影响 ,通过一个具体的实例说明了用 ANSYS概率分析功能实现对蜂窝结构在受热载荷下可靠性分 析的可行性. 对复合材料蜂窝结构可靠性分析具有参考意义. 关键词 : ANSYS;热分析 ;复合材料 ;可靠性 中图分类号 : V214. 6 文献标识码 : A
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应 用 科 技 第 33卷
LAYER选项调成 L INEAR ,这样单元的温度自由度 才能与转换成结构单元后吻合. 在上表面的面板上 加温度 ,设置热力学参数 ,然后求解 ,求出温度场的 分布 ,温度分布如图 2.
复合材料由于有很多优点. 如比强度和比刚度 高 ,尤其它的可设计性 ,使其在近几十年内广泛地应 用在航空 、航天和潜艇等设计要求较严格的结构上 一般来说. 这些结构都工作在比较特殊而且要求严 格的环境下 ,特别是飞机在高速飞行中会产生气动 加热等复杂载荷 ,从安全角度来考虑 ,结构需要具有 较高的可靠度. 从另一角度来说复合材料固有的各 向异性又带来了结构对载荷条件的高敏感性 ,即在 由各向异性的复合材料组成的结构上 ,外载荷在任 何方向上的变化都有可能导致整个结构的破坏. 因 此在进行复合材料结构的可靠性设计时 ,需要比较 精确地评价载荷的不确定性和材料特性的不均匀性 等对结构的影响 [ 1 ]. 利用 ANSYS概率分析功能建立 了结构的概率分析文件 ,从而完成了复合材料蜂窝 结构在受热载荷下的可靠性分析.
采用命令流方式建立分析文件 ,把各个随机变量参 数化 ,如 :
length = 0. 1 ! 设宽度初值为 0. 1m 设置材料参数 ,建立有限元模型. 2. 2. 1 板的热分析 假设这是一个温度场不随时间变化的问题 ,所 以采用稳态传热分析 ,面板采用 SHELL132单元 ,芯 子采用 SOL ID70, SHELL132是专门用于复合材料层 合板分析的热单元 [ 6 ] , SOL ID70 是用于实体单元热 分析的 ,注意在 SHELL132 的 ELEM ENT TYPE OP2 TIONS选 项 中 要 将 TEM P VAR IATION THROUGH
在 ANSYS中进行结构的可靠性分析时 ,通常由 生成分析文件 、可靠性分析阶段 、结果后处理 3个步 骤组成. 首先要建立结构的循环分析文件 ,它包括预
收稿日期 : 2006 - 01 - 10. 作者简介 :周健生 (1962 - ) ,男 ,副教授 ,主要研究方向 :可靠性优化设计 , E2mail: zhoujiansheng@ hrbeu. edu. cn.
第 33卷第 8期 2006年 8月
应
用
科
技
App lied Science and Technology
文章编号 : 1009 - 671X (2006) 08 - 0062 - 03
Vol. 33, №. 8 Aug. 2006
基于 ANSYS的复合材料蜂窝结构可靠性分析
周健生 , 乔红威
(哈尔滨工程大学 建筑工程学院 ,黑龙江 哈尔滨 150001)
ν 23
=ν31
= 0.
05 ν12
= 0.
25 G12
= G21
= 2.
6
GPa
导热系数 a = 30 W /M2 ℃, 材料主轴热导率 k11 = k22
= k33 = 30 W /M2 ℃,热膨胀系数为 2. 0 ×10 - 5 / ℃.
板结构示意图如图 1.
图 1 结构示意图
2. 2 可靠性计算 在进行可靠性计算前要先对温度场进行分析 ,
SHELL132 变 成 为 SHELL91, SOL ID70 变 成 SOL2 ID45,设置 SHELL91 的实常数 ,使其与层合板的截 面相对应. 设置好材料的线膨胀系数 ,施加位移约束 和载荷 ,施加温度场. 注意在施加位移约束和载荷前 要将对流边界删除 ,然后求解. 板的 Z 方向位移图 如图 3.
图 4 各个变量对应力的影响敏感度图
图 4表明纤维板的单层厚度 T对应力的影响最 大 ,其次是温度 ,铺设角度 ,所受外力. 其他变量如材 料的弹性模量等对结果影响较小. 温度对结构的影 响很大 ,在进行复合材料机翼设计时应多加考虑.
大型复杂结构的可靠性评估一直是工程中难以 解决的问题 ,本文提出的利用 ANSYS概率分析功能 进行复合材料蜂窝结构的可靠性分析是可行的 ,为 复杂结构在受热载荷下的可靠性分析提供了一个新 思路 ,该方法简单易行 ,不需要太多的编程就可以对 结构进行可靠性计算.
Abstract: The p robabilistic analysis function of ANSYS is briefly introduced in this paper. M ethod of heated com2 posite honeycomb sandw ich structure is demonstrated. The technique of structural reliability analysis is p resented through the p robability design of ANSYS. The effect of random variables on stress is discussed. The examp le show s that the method p resented here is feasible, which has the reference significance to reliability analysis of the compos2 ite honeycom b structure. Keywords:ANSYS; heat analysis; composite material; reliability