ansys定义复合材料失效
ansys定义复合材料失效
ansys定义复合材料失效材料特性里面的三个模量就是指E1,E2,E3.不是EX,EY,EZ.通过在实常数里面定义层的方向角,软件会自动算出在总体坐标系下的EX,EY,EZ.在这里E1,E2,E3可以理解为局部坐标系下的模量,通过坐标转换转换为总体坐标系下的模量,相关公式可以参考任何一本复合材料力学书籍.补充说明的是,复合材料层材料方向的定义是在各层的层坐标系下,它在这里就是上面提到的那个局部坐标系,默认的方向就是X轴为纤维长度方向,y轴为纤维的横向.自己曾经的总结：在ANSYS中没有规定单位，需要用户自己去定义自己的单位制，这就会涉及到单位统一的问题。
下边的误区可能是多数初学者经常范的：EXAMPLE：计算一个圆柱体的固有频率(为分析简便，采用最简单的形状作为例子)，其尺寸如下：圆柱体长：L=1m；圆柱体半径：R=0.1m；材料特性：弹性模量：2.06e11 Pa；材料密度：7800kg/m^3；泊松比：0.3计算结果如下：*INDEX OF DATA SETS ON RESULTS FILE*SET TIME/FREQ LOAD STEP SUBSTEP CUMULATIVE 10.0000 11 12 0.0000 12 23 0.0000 13 34 0.0000 14 45 0.0000 15 56 0.29698 E-03 16 67 834.79 17 78 834.79 18 89 1593.7 19 910 2022.4 110 10如果在建模时采用毫米为单位(在解决实际工程问题时，经常需要从其他CAD软件导入实体模型，而这些模型常常以毫末为单位)，则必须修改材料特性参数，已达到单位统一。
如果将材料参数修改为如下：弹性模量：2.06e5 Pa；(理由：Pa=N/m^2,m=10^3mm,所以要将原值缩小10^6倍)材料密度：7800e-9kg/m^3；(理由：Pa=N/m^2,m=10^3mm,所以要将原值缩小10^9倍)泊松比：0.3计算结果：*INDEX OF DATA SETS ON RESULTS FILE*SET TIME/FREQ LOAD STEP SUBSTEP CUMULATIVE 10.0000 11 12 0.0000 12 23 0.0000 13 34 0.0000 14 45 0.0000 15 56 0.46152 E-05 16 67 26.398 17 78 26.398 18 89 50.397 19 910 63.954 110 10二次计算为何出现如此大的差别?其实高手可以发现我们在单位转换中有一个转换是错误的，对！你猜对了--弹性模量。
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。
ANSYS结构分析指 复合材料
ANSYS结构分析指南第五章复合材料5.1 复合材料的相关概念复合材料作为结构应用已有相当长的历史。
在现代，复合材料构件已被大量应用于飞行器结构、汽车、体育器材及许多消费产品中。
复合材料由一种以上具有不同结构性质的材料构成，它的主要优点是具有很高的比刚度(刚度与重量之比)。
在工程应用中，典型复合材料有纤维和叠层型材料，如玻璃纤维、玻璃环氧树脂、石墨环氧树脂、硼环氧树脂等。
ANSYS程序中提供一种特殊单元--层单元来模拟复合材料。
利用这些单元就可以作任意的结构分析了(包括非线性如大挠度和应力刚化等问题)。
对于热、磁、电场分析，目前尚未提供层单元。
5.2 建立复合材料模型与铁或钢等各向同性材料相比，建立复合材料的模型要复杂一些。
由于各层材料性能为任意正交各向异性，材料性能与材料主轴取向有关，在定义各层材料的材料性能和方向时要特别注意。
本节主要探讨如下问题：选择合适的单元类型；定义材料层；确定失效准则；应遵循的建模和后处理规则。
5.2.1 选择合适的单元类型用于建立复合材料模型的单元类型有SHELL99、SHELL91、SHELL181、SOLID46和SOLID191 五种单元。
但 ANSYS/Professional 只能使用 SHELL99 和 SHELL46 单元。
具体应选择哪一类单元要根据具体应用和所需计算结果类型等来确定。
所有的层单元允许失效准则计算。
1、SHELL99--线性层状结构壳单元SHELL99 是一种八节点三维壳单元，每个节点有六个自由度。
该单元主要适用于薄到中等厚度的板和壳结构，一般要求宽厚比应大于10。
对于宽厚比小于10的结构，则应考虑选用 SOLID46 来建立模型。
SHELL99 允许有多达 250 层的等厚材料层，或者 125 层厚度在单元面内呈现双线性变化的不等材料层。
如果材料层大于 250，用户可通过输入自己的材料矩阵形式来建立模型。
还可以通过一个选项将单元节点偏置到结构的表层或底层。
ansys的失效准则给出的最小安全系数 -回复
ansys的失效准则给出的最小安全系数-回复"Ansys的失效准则给出的最小安全系数" 主题下的文章:Ansys是一种用于分析和模拟工程问题的软件工具，它提供了一系列失效准则，用于评估材料和结构的安全性。
这些准则最终会得出一个最小安全系数，以评估结构的稳定性和耐久性。
本文将一步一步回答"Ansys 的失效准则给出的最小安全系数"这个问题，以帮助读者更好地理解和应用这个概念。
第一步：了解失效准则的基本概念失效准则是一种基于材料的性能数据和结构设计要求的方法，用于预测和评估结构在使用和加载条件下的失效模式。
它们通常基于材料的强度和变形性能，以及结构的载荷和边界条件等因素。
失效准则的目标是找到一个能够保证结构在使用寿命内不失效的安全系数。
第二步：了解Ansys中的失效准则Ansys软件提供了多种失效准则，用于不同类型的材料和结构。
一些常用的失效准则包括：von Mises应力准则、Tresca应力准则、Mohr-Coulomb准则和Maxwell准则等。
每个准则都有其适用的材料和结构类型，以及计算相应安全系数的方法。
第三步：选择适当的失效准则在使用Ansys进行结构分析时，我们需要根据具体材料和结构的特点选择适当的失效准则。
这涉及到对材料性能和结构特征的充分理解。
例如，von Mises应力准则适用于弹性材料的强度评估，而Mohr-Coulomb准则适用于岩土材料的强度评估。
第四步：计算安全系数一旦选择了适当的失效准则，我们可以使用Ansys提供的计算工具来计算相应的安全系数。
根据所选的准则和所输入的材料和结构参数，Ansys 将自动计算出一个最小安全系数。
这一系数表示了结构在当前载荷和边界条件下的稳定性和耐久性。
大于1的安全系数意味着结构是稳定和安全的，而小于1的系数则意味着结构可能会失效。
第五步：评估结果并做出决策一旦计算出安全系数，我们需要根据其数值来评估结构的安全性。
复合材料失效包络法
复合材料失效包络法
复合材料失效包络法是一种分析材料失效的方法，其特点是表达简单，可直观判断失效模式。
该方法通过建立应力-应变失效准则，来判断材料是否失效。
在最大应力准则和最大应变准则中，失效包络面平行于坐标轴。
在三维应力状态下，失效包络面为空间平行六面体；在二维应力状态下，失效包络线为矩形。
在线性近似模型中，假设各方向应力之间的相互作用呈线性关系，这样包络线变成了三角形。
失效包络法的优点是能够直观地判断失效模式，但缺点是无法考虑多种失效模式的耦合效应。
在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的失效准则和失效包络法，以获得准确的分析结果。
ansys_复合材料分析介绍
SOLID95 是 20 节点的结构实体单元，在 KEYOPT(1)=1 时，其作用与单
层的 SOLID191 单元类似，包括应用方位角和失效准则，还允许非线性材料和大
◆ 料。
5.2.2
BEAM188 和 BEAM189 为三维有限应变梁单元，其截面可以包含多种材
定义材料的叠层结构
复合材料最重要的特征就是其叠层结构。每层材料都有可能由不同的正交各 向异性材料构成，并且其主方向也可能各不相同。对于叠层复合材料，纤维的方 向决定了层的主方向。 有两种方法可用来定义材料层的配置： 通过定义各层材料的性质； 通过定义表示宏观力、力矩与宏观应变、曲率之间相互关系的本构矩阵(只 适合于 SOLID46 和 SHELL99)。
5.2.2.1 定义各层材料的性质
这种方法由下到上一层一层定义材料层的配置。底层为第一层，后续的层沿 单元坐标系的 Z 轴正方向自底向上叠加。如果叠层结构是对称的，可以只定义一 半的材料层。 有时，某个物理层可能只延伸到模型的一部分。为了建立连续的层，可以把 这些中断的层的厚度设置为零，图 5-1 显示了一个四层模型，其中第二层在某处 中断了。
1
及一个特殊的“三明治”选项， 而 SHELL99 则不能。另外 SHELL91 更适用于大 变形的情况。 3、SHELL181—有限应变壳单元 SHELL181 是四节点三维壳单元，每个节点有六个自由度。该单元支持所有 的非线性功能（包括大应变），允许有多达 250 层材料层。应该通过截面命令， 而不是实常数来定义层的信息，可以通过 FC 命令来指定失效准则。 4、SOLID46—三维层状结构体单元 SOLID46 是八节点三维实体单元 SOLID45 的一种叠层形式，其每个节点有 三个自由度(UX, UY, UZ)。它可用来建立叠层壳或实体的有限元模型，每个单元 允许有多达 250 层的等厚材料层， 或者 125 层的厚度在单元面内呈现双线性变 化的不等厚材料层。 该单元的另一个优点是可以用叠加几个单元的方式来对多于 250 层的复合材料建立模型，并允许沿厚度方向的变形斜率连续。用户也可输入 自己的本构矩阵。SOLID46 调整横向的材料特性，以允许在横向上为常应力。与 八节点壳单元相比较，SOLID46 的阶次要低些，因此，如在壳结构应用中要得到 与 SHELL91 或 SHELL99 相同的求解精度，需要更密的网格。 5、SOLID191--层状结构体单元 SOLID191 是 20 节点三维实体单元 SOLID95 的一种叠层形式，其每个节点 有三个自由度(UX, UY, UZ)。它可用以建立厚的叠层壳或实体的有限元模型，每 个单元允许有多达 100 层的材料层。与 SOLID46 类似，SOLID191 可以模拟厚度 上的不连续。SOLID46 可以调整横向的材料特性，以允许在横向上为常应力。这 个单元不支持非线性材料或大挠度。 6、其他 除上述层单元外，还有其它的一些具有层功能的单元： ◆ 挠度。 ◆ SHELL63 是四节点壳单元，可用于对“三明治”壳结构作粗糙、近似 的计算。 象两块金属片之间夹有一层聚合物的问题就很典型，此时聚合物的弯曲 刚度相对于金属片的弯曲刚度来说是一个小量。用户可以用实常数 RMI 来修正 单元的弯曲刚度， 使其等效于由金属片引起的弯曲刚度。从中面到外层纤维的距 离(实常数 CTOP 和 CBOT)可用来获得“三明治”壳的表层输出应力。这种单元 不如 SHELL91 、SHELL99 和 SHELL181 那样用得频繁，故后面不再论述。 ◆ SOLID65 是三维钢筋混凝土实体单元，可以模拟在三个用户指定方向 配筋的各向同性介质。
Ansys复合材料结构分析操作指导书
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。
基于ANSYS有限元的复合材料传动轴失效分析
碳纤维复合材料由于较高的比强度和比模量以及较小的密度，在航空航天领域已经得到了广泛应用，可以利用碳纤维复合材料这种可变的性能参数来满足不同的使用性能要求。
传动轴是复合材料的一个重要应用方面，目前在航天飞机、高性能汽车以及特殊用途的机械中得到了广泛应用。
复合材料的抗拉和抗压性能较好，而复合材料结构设计标准的不足或日常维护不当常常成为制约复合材料有效应用的重要因素。
因此，对复合材料结构进行有限元数值并基于此的失效分析研究具有较大的工程应用价值。
基于复合材料基础应用理论，该文针对某小型飞机碳纤维复合材料传动轴的几何尺寸及受力特性，通过合理简化结构模型、运用刚体约束技术和适当施加边界条件及载荷，通过A NSYS软件对该复合材料传动轴进行直接建模并分析了该传动轴在设定扭矩下的特性，获得该复合材料传动轴的位移、应力云图，并对该传动轴的应力失效和应变失效进行分析。
1 复合材料传动轴有限元模型的建立该型飞机复合材料传动轴结构，是由玻璃纤维或环氧树脂基体制成的碳布组成的。
环氧树脂基体可以保护纤维，并转移分布在纤维上的载荷。
每层材料都由不同的正交各向异性材料构成，并且其主方向也各不相同。
对于叠层复合材料，纤维的方向即决定了层的主方向。
对于该传动轴结构来说，共由10个铺层组成，从第一层到第十层的铺角分别为-45°、45°、-45°、45°、-45°、45°、-45°、45°、-45°、45°。
该轴所受扭矩为2 000 N ·m，其材料常数如表1所述。
①基金项目：SR 20飞机复合材料结构修理的工程分析及验证方法研究(项目编号：J2015-54)。
作者简介：王凯（1984—），男，汉，河南荥阳人,硕士研究生，现任中国民航飞行学院洛阳分院工程师，从事航空器工程技 术管理工作。
叶年江（1972—），男，汉，河南南召人,本科,现任中国民航飞行学院洛阳分院机务部副主任、工程师，从事航空维 修管理工作。