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淺談基于有限元的復(fù)合材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法論文
引言
復(fù)合材料是由兩種或兩種以上的材料經(jīng)過復(fù)合工藝而制備的多相材料，各種材料在性能上互相取長補(bǔ)短，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求。復(fù)合材料與金屬材料在組織結(jié)構(gòu)方面具有較大的差異，因此在對(duì)復(fù)合材料構(gòu)件進(jìn)行有限元分析時(shí)需充分考慮這一特性，在材料特性、網(wǎng)格劃分、算法選擇和結(jié)果處理等方面針對(duì)復(fù)合材料的特點(diǎn)選擇合理的分析方法。
1 復(fù)合材料構(gòu)件的材料特性設(shè)置
復(fù)合材料的材料特性與金屬材料相比主要有兩點(diǎn)區(qū)別：一是受加強(qiáng)纖維方向影響形成了各向異性的材料性能特性;二是由于復(fù)合材料分層鋪敷形成了不同層之間材料特性在量值和方向上的不同。目前在國際通用的有限元分析軟件中基本都設(shè)置了專門的復(fù)合材料單元，對(duì)復(fù)合材料單元的實(shí)常數(shù)進(jìn)行設(shè)置，分層注明加強(qiáng)纖維方向和材料性能指標(biāo)，便可有效的模擬復(fù)合材料的真實(shí)材料性能。
2 復(fù)合材料構(gòu)件的網(wǎng)格劃分方法
目前復(fù)合材料較多用于板類結(jié)構(gòu)，通過分層鋪敷形成一定的材料厚度，其加強(qiáng)纖維在型面內(nèi)分布，這就造成了復(fù)合材料的剛度在型面法向上較其他方向小很多，因此在網(wǎng)格劃分方面一般取其型面中面創(chuàng)建殼單元，載荷在型面法向施加，以較好的模擬復(fù)合材料的特殊剛度特點(diǎn)。
3 復(fù)合材料有限元算法選擇
復(fù)合材料由于剛度、材料方向性等特點(diǎn)，在有限元計(jì)算時(shí)需選擇考慮材料幾何非線性和材料非線性的算法。在有限元軟件中可由求解器設(shè)置開啟非線性功能，通過邊界條件的優(yōu)化設(shè)置，逐步實(shí)現(xiàn)有限元求解的迭代收斂。雖然這會(huì)使求解規(guī)模相對(duì)變大，但會(huì)大大提高計(jì)算精度，真實(shí)模擬復(fù)合材料在受載時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。
4 復(fù)合材料有限元分析的結(jié)果處理
在復(fù)合材料的有限元計(jì)算結(jié)果分析方面，目前尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。綜合來看，強(qiáng)度校核主要考慮屈服—破壞準(zhǔn)則、最大應(yīng)變準(zhǔn)則及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性準(zhǔn)則。在對(duì)復(fù)合材料構(gòu)件進(jìn)行有限元計(jì)算和分析時(shí)盡量綜合考慮上述準(zhǔn)則，以提高構(gòu)件強(qiáng)度設(shè)計(jì)的可靠性。
5 結(jié)論
通過上述分析，可以看出復(fù)合材料構(gòu)件的有限元分析與傳統(tǒng)金屬材料相比有許多區(qū)別，在進(jìn)行復(fù)合材料構(gòu)件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮復(fù)合材料的特點(diǎn)，做到有的放矢，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。
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