如何利用ANSYS Material Designer，對復(fù)合材料進行均質(zhì)化分析？

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬由于涉及長度尺度的不同而具有一定的挑戰(zhàn)性。雖然微觀有限元方法可以用來模擬系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)力學問題(解決所有的長度尺度)，但對于復(fù)雜大型產(chǎn)品的設(shè)計它是不實際的。因為所需的單元數(shù)量將是天文數(shù)字，計算成本會非常之高。

在復(fù)合材料有限元分析中，消除尺度問題的標準方法是均質(zhì)化。

即通過計算微觀胞元均質(zhì)化材料參數(shù)，將它應(yīng)用到宏觀尺度的模型中，而不是模擬整個復(fù)雜的微觀結(jié)構(gòu)，從而大大降低計算成本。

在材料設(shè)計中，均質(zhì)化過程從代表性的微觀胞元（RVE，Representative Volume Element）的建模開始。

這需要創(chuàng)建一個簡化的幾何圖形，以及定義組成材料的材料屬性。然后，對幾何模型進行網(wǎng)格劃分進行有限元分析，計算其響應(yīng)，最終根據(jù)這些響應(yīng)的結(jié)果計算均質(zhì)材料數(shù)據(jù)。

Material designer（簡稱MD）是ANSYS v19.2中引入的一種新的均質(zhì)化工具，用于評估不同材料和結(jié)構(gòu)(復(fù)合材料、晶格或用戶定義)的有效線彈性和熱材料屬性。

使用material designer工具，可以計算基于晶格結(jié)構(gòu)、UD復(fù)合材料(UD)、隨機UD復(fù)合材料、短切纖維復(fù)合材料、編織復(fù)合材料或指定一個用戶定義的RVE的有效材料性能，如圖所示：

如何使用它呢？

以ANSYS2020R1新增的honeycomb RVE為例，以下介紹其操作步驟。

第一步

從子項目中拖動一個MD模塊，雙擊engineer data，定義基本材料屬性，本案例材料屬性默認結(jié)構(gòu)鋼。

第二步

雙擊MD，選擇RVE類型為Honeycomb。注意：material designer支持微觀尺度的文件，如果單位系統(tǒng)不對，可以通過單擊File> SpaceClaim Options > Units來更改當前文檔中的單位系統(tǒng)。

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知識專區(qū)—結(jié)構(gòu)

審核編輯 黃宇