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文檔簡(jiǎn)介
1、復(fù)合材料四邊簡(jiǎn)支板模態(tài)分析摘要:本文介紹了復(fù)合材料四邊簡(jiǎn)支板的模態(tài)分析過(guò)程,介紹了ANSYS復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析的基本方法、步驟和過(guò)程,并介紹了單元類型的選擇、建模及后處理等多方面的內(nèi)容。關(guān)鍵詞:有限元;彈塑性;簡(jiǎn)支板;模態(tài)分析Modal Analysis of Composite Material Plate with Four Simply Supported EdgesAbtract: This paper introduces the modal analysis process of composite material plate with four simply supported
2、edges.This paper introduces the basic methods, steps and process of the ANSYS composite structure analysis , and introduces the unit type selection, modeling and post-processing and other aspects of content.Key Words: Finite element;Elastic plastic;Simply supported plate;Modal analysis一、前言如圖1所示的四邊簡(jiǎn)支
3、復(fù)合材料疊層方板,邊長(zhǎng)為8m,厚為0.04m,密度為2.16。疊層板共8層,鋪層為0/45/-45/90s,單層厚度為0.005m,各層材料屬性和厚度均相同,其中 ,試對(duì)其進(jìn)行模態(tài)分析。圖1 四邊簡(jiǎn)支復(fù)合材料疊層板示意圖二、 基于圖形界面(GUI)的交互式操作(step by step)過(guò)程如下 2.1定義工作環(huán)境(1)直接啟動(dòng)ANSYS,進(jìn)入ANSYS Multiphysics Utility Menu界面,利用File菜單下的Change Diretory、Change Jobname和Change Titile命令分別定義文件工作路徑、文件名和文件標(biāo)題。2.2定義單元類型和材料屬性(1)
4、選擇命令Main MenuPreferences,在Individual discipline to show in the GUI欄中選中Structural復(fù)選框,過(guò)濾掉ANSYS GUI菜單中與結(jié)構(gòu)分析無(wú)關(guān)的選項(xiàng),單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。(2)選擇Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete命令,彈出Element Types對(duì)話框,單擊Add按鈕,彈出Library of Element types 對(duì)話框,在Library of Element types列表框中選擇Solidlayered46單元,即SOLID46 elemen
5、t type options對(duì)話框,如圖所示,保持默認(rèn)設(shè)置。單擊OK按鈕,彈出MoreSOLID46 element type options對(duì)話框,如圖所示,保持默認(rèn)設(shè)置,單擊OK按鈕關(guān)閉對(duì)話框,單擊Close按鈕關(guān)閉Element Types對(duì)話框。(3)選擇Main menuPreprocessorMaterial PropsMaterial Models命令,彈出Define Material Model Behavior對(duì)話框,在Material Models Available欄中依次展開StructruaLinear Elasticorthotropic選項(xiàng),彈出對(duì)話框,設(shè)置參數(shù)
6、,單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。在Material Models Available 欄中依次展開StructuralDensity選項(xiàng),彈出對(duì)話框,進(jìn)行參數(shù)設(shè)置,單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。在Define Material Model Behavior 對(duì)話框中選擇MaterialExit命令,關(guān)閉該對(duì)話框。(3)選擇Main MenuPreprocessorReal ConstantsAdd/Edit/Delete命令,彈出Real Constants對(duì)話框,單擊Add按鈕,選擇SOLIDE46單元,單擊OK按鈕,彈出對(duì)話框,設(shè)置實(shí)常數(shù)編號(hào)。單擊OK按鈕,彈出對(duì)話框,設(shè)置鋪層數(shù)及對(duì)稱性,Numb
7、er of layers為8,Layer Symmetry Key為1.單擊OK按鈕,返回Real Constants 對(duì)話框,單擊Close 按鈕結(jié)束實(shí)常數(shù)設(shè)置。(4)選擇ANSYS ToolbarSAVE_DB命令,保存上述操作。2.3創(chuàng)建幾何模型(1)選擇Main menuPreprocessorModelingCreateVolumesBlockBy Dimensions命令,彈出對(duì)話框,設(shè)置參數(shù),單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。(2)選擇Utility MenuPlotCtrlsView SettingView Direction命令,彈出View Direction對(duì)話框,設(shè)置參數(shù),單擊
8、OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框,此時(shí),ANSYS顯示窗口顯示如圖2所示的生成塊的結(jié)果。圖3 網(wǎng)格劃分結(jié)果圖2 生成塊的結(jié)果(3)選擇ANSYS ToolbarSAVE_DB命令,保存上述操作。2.4劃分網(wǎng)格(1)選擇Main MenuPreprocessorMeshingMesh AttributesDefault Attribs命令,彈出Meshing Attributes對(duì)話框,采用默認(rèn)設(shè)置,單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。(2)選擇Main MenuPreprocessorMeshingSize CntrlsManualSizeGlobalSize命令,彈出Global Element Sizes對(duì)話框
9、,進(jìn)行參數(shù)設(shè)置,單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。(3)選擇Main MenuPreprocessorMeshingSize CntrlsManualSizeLinesPicked Lines命令,彈出線段拾取對(duì)話框,選擇塊體的4條短邊,單擊OK按鈕,彈出單元尺寸設(shè)置對(duì)話框,進(jìn)行參數(shù)設(shè)置,單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。(4)選擇Main MenuPreprocessorMeshingMeshVolumesMapped4 to 6 sided命令,彈出Mesh Volumes拾取菜單,用鼠標(biāo)在ANSYS顯示窗口中選擇塊體,單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框,網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖3所示。(5)選擇ANSYS Toolbar
10、SAVE_DB命令,保存上述操作。2.5加載求解(1)選擇Main MenuSolutionAnalysis TypeNew Analysis命令,彈出New Analysis對(duì)話框,選擇分析類型為Modal,單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。(2)選擇Main MenuSolutionAnalysis TypeAnalysisOptions命令,彈出Modal Analysis對(duì)話框,進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。單擊OK按鈕,彈出Block Lanczos Method對(duì)話框,采用默認(rèn)設(shè)置,單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。(3)選擇Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStruturalD
11、isplacementOn Nodes命令,彈出ApplyU,ROT on Nodes拾取菜單,拾取方式選擇Box,選擇塊體X=-4處的所有節(jié)點(diǎn),單擊Apply按鈕,彈出ApplyU,ROT on Nodes對(duì)話框。在Lab2 DOFs to be constrained列表框中選擇UY和UZ選項(xiàng),單擊Apply按鈕。按照該方法依次定義X=4處的約束為UY=0和UZ=0,Y=-4和Y=4處的約束為UX=0和UZ=0.定義完約束后的結(jié)果如圖4所示。圖4 定義約束后的結(jié)果(4)選擇Main MenuSolutionLoad Step OptsOut CtrlsSolu Printout命令,彈出S
12、olution PrintoutControls對(duì)話框,保持默認(rèn)設(shè)置,單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。(5)選擇Main MenuSolutionSolveCurrent LS命令,彈出/STATUS Command 和Solve Current Load Step對(duì)話框,單擊OK按鈕,ANSYS開始求解計(jì)算。(6)求解結(jié)束時(shí),彈出Note對(duì)話框,單擊close按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。(7)選擇ANSYS ToolbarSAVE_DB命令,保存上述操作。2.6查看求解結(jié)果(1)選擇Main MenuGeneral PostprocResults summary命令,查看求解結(jié)果摘要。(2)選擇Main M
13、enuGeneral PostprocRead ResultsFirst Set命令,讀入一階模態(tài)求解結(jié)果。選擇Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsDeformed Shape命令,彈出Plot Deformed Shape對(duì)話框,在KUND Item to be plotted 欄中選擇Def+under edge 單選按鈕,單擊OK 按鈕,ANSYS顯示窗口將顯示變形后的幾何形狀和未變形的輪廓,如圖5所示。圖6 位移場(chǎng)分布等值線圖圖5 變形后的幾何形狀與未變形的輪廓(3)選擇Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsCo
14、ntour PlotNodal Solu命令,彈出對(duì)話框,在Item to be comtoured列表框中依次展開Nodal SolutionDOF SolutionDiaplacement vector sum選項(xiàng),其余選項(xiàng)采用默認(rèn)設(shè)置,單擊OK 按鈕,ANSYS顯示窗口將顯示如圖6所示的位移場(chǎng)分布等值線圖。(4)選擇Main MenuGeneral PostprocPlotCtrlsAnimateDeformed Results命令,彈出對(duì)話框,進(jìn)行參數(shù)設(shè)置,單擊OK按鈕,ANSYS 顯示窗口將以動(dòng)畫方式顯示一階模態(tài)振型,單擊close按鈕關(guān)閉動(dòng)畫顯示。 (5)選擇Main MenuGe
15、neral PostprocRead ResultsNext Set命令可以讀取下一模態(tài)求解結(jié)果數(shù)據(jù),按照上訴方法可以查看相應(yīng)的求解結(jié)果。(6)選擇UtilityFileExit命令,彈出對(duì)話框,選擇Save Everything單選按鈕,單擊OK 按鈕,關(guān)閉ANSYS程序,如圖7所示最終動(dòng)態(tài)結(jié)果。圖7 最終動(dòng)態(tài)結(jié)果三、APDL命令流/clear,nostart/filename,chapter13-2,modal analysis/title,chapter13-2,simply supported laminated plate modal analysisC* using solid46
16、/prep76et,1,solid46 r,1,8,1 rmore rmore,1,0,0.005,1,45,0.005 rmore,1,-45,0.005,1,90,0.005 mp,ex,1,25e6 mp,ey,1,1e6mp,ez,1,1e6 !定義單元類型為SOLID46!定義鋪層數(shù)位8,對(duì)稱鋪層!鋪層1和鋪層2的參數(shù)!鋪層1和鋪層2的參數(shù)!定義材料參數(shù)!假設(shè)EZ=EYmp,gxy,1,0.5e6mp,gyz,1,0.2e6mp,gxz,1,0.5e6mp,prxy,1,0.25mp,pryz,1,0.01mp,prxz,1,0.25mp,dens,1,2160 !密度block,-
17、4,4,-4,4,0,0.04 !建立幾何模型/view,1,1,1esize,12 !控制總體網(wǎng)格劃分尺寸lsel,s,loc,x,-4 !定義厚度方向網(wǎng)格劃分?jǐn)?shù)位1lsel,r,loc,y,-4lesize,all,1lsel,s,loc,x,-4lsel,r,loc,y,4lesize,all,1lsel,s,loc,x,4lsel,r,loc,y,-4lesize,all,1lsel,s,loc,x,4lsel,r,loc,y,4lesize,all,1allsel,allvmesh,1 !網(wǎng)格劃分finish/solu !進(jìn)入求解器antype,modal !定義分析類型為模態(tài)分析modopt,lanb,5 !定義模態(tài)參數(shù)提取方法為BLOCK LANCZOS法,提取前5階mxpand,5 !定義模態(tài)擴(kuò)展數(shù)為5階outpr,1nsel,s,loc,x,4 !定義約束d,all,uz,uynsel,s,loc,x,-4d,all,uz,uynsel,s,loc,y,-4d,all,uz,uxsolve !求解finish /post1 !進(jìn)入后處理器,查看求解結(jié)果set,list,2 !查看求解結(jié)果摘要set,first !讀取一階模態(tài)求解結(jié)果pldisp,0 !圖形顯示一階模態(tài)振型anmode,10,.5e-1 !
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