基于ANSYS的三维纺织复合材料参数化有限元建模

论文摘要

三维纺织复合材料已被越来越广泛地应用于航空航天、汽车等工业领域。纺织复合材料内部增强纤维束结构的类型是多种多样的。三维纺织复合材料的力学性能在很大程度上取决于其内部增强结构。因此,对纺织复合材料内部增强细观结构的几何特性深入研究对准确预测三维纺织复合材料的力学性能,具有重要的理论和实际意义。由于纺织复合材料内部细观组织结构所固有的复杂性,数值模拟方法已被广泛用于预测其力学性能。姜文光教授提出了纺织复合材料的区域叠合(DST)有限元建模策略(国际专利申请号:WO/2008/122751),初步的数值实验已显示了新方法的优越性,已证明是一种非常有效且易于实施的纺织复合材料建模方法。用区域叠合有限元法建立纺织复合材料分析模型,只需要用传统单元将内部纤维束增强结构离散成有限元网格,巧妙地避开了对介于纤维束间奇异几何形状的基体材料集聚空间的几何建模。与传统有限元法相比,DST方法更容易建立有限元模型。本论文的主要目的是系统地建立用于DST方法分析的主要类型纺织复合材料的内部增强结构有限元模型。ANSYS做为功能强大的有限元计算分析软件受到广泛应用,本论文利用ANSYS的参数化设计语言APDL成功建立了几种主要类型的三维纺织复合材料内部增强纤维结构的参数化几何模型。这些模型将有助于纺织复合材料性能的快速分析和优化设计。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 三维纺织复合材料的结构特点及主要应用
• 1.2.1 结构特点
• 1.2.2 主要应用
• 1.3 纺织结构分类
• 1.4 国内外相关研究综述
• 1.4.1 三维机织复合材料
• 1.4.2 三维编织复合材料
• 1.5 现有工作中存在的问题
• 1.5.1 结构几何模型方面
• 1.5.2 力学分析模型方面
• 1.6 本论文的研究内容及意义
• 第2章 纺织复合材料参数化建模基础
• 2.1 有限元原理
• 2.2 ANSYS 软件简介
• 2.3 ANSYS 参数化程序设计语言APDL 及命令流
• 2.3.1 APDL 语言与ANSYS 命令流
• 2.3.2 APDL 语言编程
• 2.4 纺织复合材料特性
• 2.4.1 几何特性
• 2.4.2 力学特性
• 2.4.3 正交各向异性复合材料的本构关系
• 2.5 本章小结
• 第3章 纺织复合材料区域叠合有限元技术简介
• 3.1 复合材料细观力学有限元方法
• 3.2 建立有限元模型的难点
• 3.3 区域叠合技术
• 3.4 DST 与传统有限元方法的分析结果比较
• 3.5 本章小结
• 第4章 有限元建模方法
• 4.1 参数化有限元建模方法
• 4.1.1 ANSYS 环境下的建模
• 4.1.2 单元类型的选择和网格划分
• 4.1.3 参数化有限元建模实施步骤
• 4.2 材料方向的给定和单元的切割
• 4.2.1 六面体单元方向的给定
• 4.2.2 六面体单元的切割思想
• 4.2.3 单元切割程序说明
• 4.2.4 畸形单元的处理
• 4.3 本章小结
• 第5章 三维纺织复合材料参数化模型
• 5.1 三维机织典型结构及参数化模型
• 5.1.1 三维机织的典型结构及纱线组成
• 5.1.2 三维机织结构分析和基本假设
• 5.1.3 三维机织结构内部纱线形态
• 5.1.4 三维机织结构的设计参数
• 5.1.5 三维机织结构参数化模型
• 5.2 三维编织结构及参数化模型
• 5.2.1 三维四向编织结构参数化模型
• 5.2.2 三维五向编织结构参数化模型
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介