有限元方法在复合材料模拟设计中的作用

有限元在复合材料设计中的应用

摘要

复合材料，是由两种或两种以上性质不同的材料组成。主要组分是增强材料和基体材料。复合材料不仅保持了增强材料和基体材料本身的优点，而且通过各相组分性能的互补和关联，获得优异的性能。复合材料具有比强度大、比刚度高、抗疲劳性能好、各向异性、以及材料性能可设计的特点，应用于航空领域中，可以获得显著的减重效益，并改善结构性能。 关键词：Ansys，有限元，复合材料

1 引言

目前，复合材料技术已成为影响飞机发展的关键技术之一，逐渐应用于飞机等结构的主承力构件中，西方先进战斗机上复合材料使用量已达结构总重量的25\\\\\\%以上。飞机结构中，复合材料最常见的结构形式有板壳、实体、夹层、杆梁等结构。板壳结构如机翼蒙皮，实体结构如结构连接件，夹层结构如某些薄翼型和楔型结构，杆梁结构如梁、肋、壁板。此外，采用缠绕工艺制造的筒身结构也可视为层合结构的一种形式。 2 复合材料设计分析与有限元方法

复合材料层合结构的设计，就是对铺层层数、铺层厚度及铺层角的设计。

采用传统的等代设计（等刚度、等强度）、准网络设计等设计方法，复合材料的优异性能难以充分发挥。在复合材料结构分析中，已经广泛采用有限元数值仿真分析，其基本原理在本质上与各

ABAQUS在冲压成形有限元模拟中的应用

作者：美国ABAQ… 资料库来源：《CAD/CAM与制造业信息化》

本文所示的ABAQUS软件的应用成功地节省了产品设计开发的成本，同时还能缩短设计开发的时间，而且模拟的

结果与实际结果相距不大，是一款不可多得的优秀软件。

一、模拟加工过程中的成本节约

加工成形技术是制造工业的中一种重要的技术。当前，制造行业加工工艺正朝着高技术的方向发展，越来越多的公司在产品研发和制造过程中开始注重仿真技术的应用。

采用ABAQUS进行仿真模拟的目的是节约开发成本、加快研发速度和提高产品质量。ABAQUS可以针对不同操作系统（如Unix，Linux和Windows等）进行单机或多机并行运算，节省更多运算时间。

下面以ABAQUS某汽车用户的车门设计为例，说明ABAQUS在冲压成型有限元模拟中的应用。

传统的车门设计流程如图1所示。

图1 某型号汽车车门的传统设计流程

其中主要设计及加工成本如下：

1.软质模具的设计和加工成本为20万美元； 2.初期生产并修改模具的周期一般不低于12周； 3.硬质模具的设计修改和加工成本为75万美元； 4.

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桩土相互作用的有限元模拟分析

作者：华开成 张显达

来源：《科技探索》2013年第10期

摘要：本文通过大型有限元软件对桩土相互作用的整体分析进行模拟研究分析，其结果表明：在竖直方向上（即沿桩的深度方向）随着深度的增大，竖向位移值是逐渐减小的；在桩底（沿水平方向上）Z向位移值在桩底最大向两边递减。 关键词：桩土 作用 ADINA 模拟分析 引言

当轴向荷载逐步施加于单桩桩顶，桩身上部受到压缩产生相对于土的向下位移，与此同时桩侧表面就会受到土的向上摩阻力。桩顶荷载通过所发挥出来的桩侧摩阻力传递到桩周土层中去，致使桩身轴力和桩身压缩变形随深度递减。在桩土相对位移等于零处，其摩阻力还未开始发挥作用而等于零。随着荷载增加，桩身压缩量和位移量增大，桩身下部的摩阻力随之逐步调动起来，桩底土层也受到压缩而产生桩端阻力。因此可以认为土对桩的支撑力是由桩侧摩阻力和桩端摩阻力两部分组成。桩端土层的压缩加大了桩土相对位移，从而使桩身摩阻力进一步发挥到极限值，而桩端极限阻力的发挥则需要比发生桩侧摩阻力大的多的位移值，这时总是桩侧摩阻力先充分出来

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桩土相互作用的有限元模拟分析

作者：华开成 张显达

来源：《科技探索》2013年第10期

摘要：本文通过大型有限元软件对桩土相互作用的整体分析进行模拟研究分析，其结果表明：在竖直方向上（即沿桩的深度方向）随着深度的增大，竖向位移值是逐渐减小的；在桩底（沿水平方向上）Z向位移值在桩底最大向两边递减。 关键词：桩土 作用 ADINA 模拟分析 引言

当轴向荷载逐步施加于单桩桩顶，桩身上部受到压缩产生相对于土的向下位移，与此同时桩侧表面就会受到土的向上摩阻力。桩顶荷载通过所发挥出来的桩侧摩阻力传递到桩周土层中去，致使桩身轴力和桩身压缩变形随深度递减。在桩土相对位移等于零处，其摩阻力还未开始发挥作用而等于零。随着荷载增加，桩身压缩量和位移量增大，桩身下部的摩阻力随之逐步调动起来，桩底土层也受到压缩而产生桩端阻力。因此可以认为土对桩的支撑力是由桩侧摩阻力和桩端摩阻力两部分组成。桩端土层的压缩加大了桩土相对位移，从而使桩身摩阻力进一步发挥到极限值，而桩端极限阻力的发挥则需要比发生桩侧摩阻力大的多的位移值，这时总是桩侧摩阻力先充分出来

非线性有限元方法在结构接触分析中的应用

ABAQUS www.xncae.com

范瑞娟

Application of Nonlinear Finite Element Method on

Structure Contact Analysis

FAN Ruijuan

摘要： 针对某型机缝翼结构中所遇到的接触问题，应用ABAQUS有限元分析软件，对其进行了边界非线性有限元分析。利用ABAQUS的接触算法，真实的模拟了缝翼滑轨和滚柱之间的接触关系，进而得到真实的传力路经和应力分布。

关键词： 边界非线性；有限元分析；接触 1 引言

在有限元结构力学模拟中，非线性的来源有三种:材料非线性、边界非线性和几何非线性。材料非线性是指高应变时材料发生屈服，其应力-应变关系成为非线性；边界非线性是指边界条件随着载荷的变化而发生变化；几何非线性是指在模型分析中位移的大小影响到结构响应的情况。飞机结构设计中遇到的接触关系属于边界非线性问题。在有限元结构分析过程中，接触条件是一类特殊的不连续约束，它允许力从模型的一部分传递到另一部分。因为只有当两个表面发生接触时才会有约束产生，而当两个接触的面分开时，就不存在约束关系了，所以这种约束是不连续的。下面结

非线性有限元方法在结构接触分析中的应用

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范瑞娟

Application of Nonlinear Finite Element Method on

Structure Contact Analysis

FAN Ruijuan

摘要： 针对某型机缝翼结构中所遇到的接触问题，应用ABAQUS有限元分析软件，对其进行了边界非线性有限元分析。利用ABAQUS的接触算法，真实的模拟了缝翼滑轨和滚柱之间的接触关系，进而得到真实的传力路经和应力分布。

关键词： 边界非线性；有限元分析；接触 1 引言

在有限元结构力学模拟中，非线性的来源有三种:材料非线性、边界非线性和几何非线性。材料非线性是指高应变时材料发生屈服，其应力-应变关系成为非线性；边界非线性是指边界条件随着载荷的变化而发生变化；几何非线性是指在模型分析中位移的大小影响到结构响应的情况。飞机结构设计中遇到的接触关系属于边界非线性问题。在有限元结构分析过程中，接触条件是一类特殊的不连续约束，它允许力从模型的一部分传递到另一部分。因为只有当两个表面发生接触时才会有约束产生，而当两个接触的面分开时，就不存在约束关系了，所以这种约束是不连续的。下面结

概括为三种情况

8 F, yP. q# F1）单元损伤失效，这种单元失效可以用来模拟材料由于损伤，或其他原因导致刚度减小的情况。 2）单元直接删除技术，这种技术可以用来模拟基坑，隧道开挖而导致的材料消失情况。

8 f) P% B ?7 ^/ V$ x6 i# w6 u

3）vumat，这种方法本质上讲与第一种相类似，但是它可以根据用户自己的情况来删除单元，但是属于很高级的操作，难度也较大

6 C/ y$ K( y7 _5 y, I0 [1 g

0 h/ X5 | a. E* t, \\7 H2 h\当然，cohesive也可以算作一种单元删除的方法，只是本身很少做断裂模拟，对于那方面不是很了解。在这三种方法中，我想讲一讲前两种情况。1首先来讲一下第二种方法。这种方法很简单

, Q' k4 r' ]\& x; F2 @. O7 S p+ {6 F\2 d. U7 `0 L! h9 M+ B

* V- X( r2 [ n; L: v: L他的使用方法就是在edit keyword中加一行关键字*MODEL CHANGE, TYPE=ELEMENT, REMOVE Set-1

Set-1为所定义的单元集合，这一集合需要事先定义，而这一关键字的位置

第33卷第21期西建筑 Vol.33No.21 山2007年7月Jul. 2007SHANXI ARCHITECTURE

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文章编号:1009 6825(2007)21 0069 02

ABAQUS在钢板 混凝土复合材料结构中的应用

邹林 李刚 詹金林

摘 要:用ABAQUS有限元软件对钢板 混凝土复合材料进行了仿真模拟,通过不同工况的计算对比,显示出钢板 混凝土复合材料的优点,验证了在保证钢板与混凝土梁协同工作条件下,采用该结构的可行性。关键词:复合材料,ABAQUS,有限元,钢筋混凝土中图分类号:TU398.9

文献标识码:A

有限元的发展至今已经有五十多年了,随着计算机性能的提高,有限元的功能也越来越强,从当初单纯的线性发展到现在的非线性,可以解决结构、热、流体、电磁、声学等问题,可以模拟复杂的接触、碰撞、爆破等问题。其基本思想是将问题的求解域离散为一系列单元,单元之间靠节点连接,单元内部点的待求物理量可由单元节点物理量通过选定的函数关系插值求得,然后由单元方程再形成总体代数方程组,加入边界条件后即可对方程组求解。现在

群桩的有限元模拟分析

摘要：

本文以《公路桥涵地基与基础设计规范》为依据，采用土弹簧模拟桩-土作用对群桩基础进行有限元模拟分析，通过计算分析并与手算结果比较可知，该方法不仅能较为准确的反应群桩基础的刚度，还能提供设计需要的桩基内力，对群桩基础的设计计算有一定的借鉴意义。 0引言

目前连续刚构桥结构总体计算仍以平面杆系静力程序计算为主，应用杆系结构分析桥梁时构造一个与真实结构等价的计算模型是保证计算分析结果真实性的关键。对于连续刚构桥而言，桩基顶端的变位对刚构桥桥墩的柔度有很大影响，进而严重影响到墩梁内力的分配。群桩桩基模拟的方法很多，比较经典的模拟方法有采用横梁刚度为无穷大的门式刚架、单柱式模型（等截面单柱的底端为固结，上端带有抗推刚度为kw的水平弹簧支承）[1-3,5]。这两种模型具有一共同的构思，就是按照原结构先计算出4个已知变位值 、 （单位水平力作用在原结构上时，原结构桩顶产生的水平位移和转角） 、 （单位弯矩作用在原结构上时，原结构桩顶产生的转角和水平位移）和 （单位竖向力作用于原结构上，原结构桩顶产生的竖向位移）,其中 = ，然后根据在同一荷载作用下实际结构的变形与等效模型的位移相等求出等代模型的4个待定参数。该方

研究石油射孔枪盲孔的优化设计方法及石油射孔枪的弹塑性有限元优化设计方法。用该方法并应用著名的有限元程序ANSYS对系列射孔枪进行了分析。作为算例,给出了102型射孔枪的系统而全面的结果,这项工作为石油射孔枪科学的优化设计开辟了方向。

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第 2卷 增刊 3 2O年 8月 O2

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文章编号：10 -99 20 )004—4 0 623 (02 S -170

石油射孔枪的有限元结构优化设计方法

韩秀清 李凌飞 赵孔新 2朱公志，,,(.春工业大学基础科学学院，林长春 1长吉 10 1; 30 2

2长春工业大学计算机科学与工程学院， .吉林长春

10 1 ) 30 2

摘

要：研究石油射孔枪盲孔的优化设计方法及石油射孔枪的弹塑性有限元优化设计方法。用该方法并应

用著名的有限元程序 A S S系列射孔枪进行了分析。作为算例，出了 12型射孔枪的系统而全面的结 NY对给 0果。这项工作为石油射孔枪科学的优化设计开辟