掌握 Ansys ACP 中的参考方向:简化复杂的复合材料设计

概括

在复合材料分析领域,精度至关重要,尤其是在定义纤维方向和铺层时。Ansys ACP(Ansys Composite PrepPost)提供了强大的工具来建立参考方向,这是实现精确结构模拟的关键步骤。在本博客中,我们将揭开在 Ansys ACP 中创建参考方向的方法的神秘面纱,重点介绍它们的简单性和多功能性。通过掌握这些技术,您可以用最少的输入定义复杂的复合图案,从而简化您的工作流程并提高模拟的保真度。无论您是在处理简单的设计还是多层弯曲的几何形状,了解参考方向都是成功的关键。让我们开始吧!

创建参考方向之前的步骤:

这是前面步骤的简短剩余部分,它们也将用于展示示例模型。

  1. 创建壳几何体和网格。 在此步骤中,不要忘记在网格环境中为几何体添加厚度值和材料。这些定义不会影响最终的复合结构。

  2. 在工程数据中定义材料。 与复合模型中一样,根据需要包括正交各向异性属性和失效准则。

  3. 在 ACP 中定义织物。 定义材料和厚度。

  4. 定义玫瑰花结。 在 Ansys 环境中,这些被称为坐标系。它们是创建参考方向以及初始网格的最重要输入。要创建玫瑰花结,需要两个轴和一个原点。

参考方向:

参考方向是定义每个元素零度方向的平面内矢量。基于此方向,可以定义相对于参考具有不同方向的多个层。还可以使用定向选择集 (OSS) 在同一个元素内定义多个参考方向。对于复杂的几何形状,单独定义每个元素可能是一项艰巨的任务。

定义定向选择集时,可以在"常规"选项卡的底部找到"参考方向"部分。"范围"和"方向"部分允许您指定定义适用的元素集和法线方向(铺层增长)。

请注意"参考方向"部分的"玫瑰花结"和"选择方法"字段。它们是本篇博文的重点。

玫瑰花结:

首先,考虑这两个玫瑰花结(A 和 B)。两者都与全局坐标系平行,但它们的方向均不与全局坐标系一致。

选择方法:

所选方法考虑 Rosette Z 轴和元素 Z 轴(在创建壳元素时定义)之间的关系来定义参考方向。这可以从 Rosette X 轴复制或通过插值(X 轴)计算,具体取决于所选方法。

  • **最小角度:**选择 Z 轴与元素法向量形成最小角度的 Rosette。在此示例中,元素与 Rosette B 之间的角度为零,而 Rosette A 的角度为 90 度。这就是参考方向(黄色向量)与 Rosette B X 轴(复制)平行的原因。还有一个与最大角度配合使用的最大角度算法选项。
  • 最小距离: 选择距离每个元素最近的玫瑰花结,并将其 X 轴方向指定为该元素的参考方向。请注意,此定义中包含了全局坐标系。最大距离选项不可用。

  • 最小距离叠加: 根据距离为所有选定的玫瑰花结插入 X 轴方向。注意与最小距离的相似性。

最小角度叠加: 为所有选定的 Rosette 插入 X 轴方向,考虑到所选坐标系由最小差异角度方向加权。为了更好地理解,考虑每个 Rosette 的 Z 轴与元素的 Z 轴(垂直于图像)之间形成的角度,对于 Rosette A,角度为 90 度,对于 Rosette B,Z 轴重合(0 度)。在此示例中,0 度差异是最小角度,这就是为什么所有参考方向都平行于 Rosette B X 轴的原因。

现在,对 Rosette B 进行围绕局部 X 轴的连续旋转,使差异角度从 0 度增加到 180 度,从而修改权重因子,从而修改参考方向。

结论

通过掌握在 Ansys ACP 中定义参考方向的过程,您可以为更精确、更可靠的复合材料模拟奠定基础。这种理解不仅可以改进您的设计,还可以节省工作流程中的宝贵时间。无论您是经验丰富的分析师还是复合材料建模的新手,这些技术都可以让您自信地应对复杂的挑战。只要牢牢掌握参考方向,复合材料设计的创新可能性就无限。

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