淺談基于有限元的復(fù)合材料強度設(shè)計方法論文
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，因此在對復(fù)合材料構(gòu)件進行有限元分析時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)果處理等方面針對復(fù)合材料的特點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區(qū)別：一是受加強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，對復(fù)合材料單元的實常數(shù)進行設(shè)置，分層注明加強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。
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，在有限元計算時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，逐步實現(xiàn)有限元求解的迭代收斂。雖然這會使求解規(guī)模相對變大，但會大大提高計算精度，真實模擬復(fù)合材料在受載時的動態(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。在對復(fù)合材料構(gòu)件進行有限元計算和分析時盡量綜合考慮上述準(zhǔn)則，以提高構(gòu)件強度設(shè)計的可靠性。
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，在進行復(fù)合材料構(gòu)件的結(jié)構(gòu)強度設(shè)計時應(yīng)充分考慮復(fù)合材料的特點，做到有的放矢，提高設(shè)計質(zhì)量。
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