复合材料失效分析

-.z.如图5-7所示，有一长3米的工字梁，高度为0.3m，上下翼缘的宽度为0.2m。材料为T300/5208，是20层对称分布叠层板，每层的厚度为0.001m，各层的方向角分别为0、45、90、-45、0、0、45、90、-45和0度，材料特性为：E*=181Gpa，Ey=Ez=10.3Gpa，G*y=G*z=7.17Gpa，Gyz=3.78Gpa，υ*y=0.016。沿轴强度：σ*+=1500Mpa，σ*-=1500Mpa，σy+=40Mpa，σy-=246Mpa，σz+=40Mpa，σz-=246Mpa，τ*y=68Mpa〔+表示受拉，-表示受压〕。工字梁一端固定，另一端受集中力分别为：100N、10000N和100N。计算工作应力和应变、失效应力和失效层等。图5-7叠层板工字梁构造和载荷示意图

GUI方式

(一)

定义单元类型、实常数和材料特性

1.

选取菜单元途径Main>Preprocessor>Elementtype>Add/edit/delete，弹出ElementTypes窗口。

2.

单击Add，弹出LibraryofElementTypes窗口，左边选择窗口选择StructuralShell，右边选择窗口选择中选择LinearLayer99,单击OK。

3.

单击ElementTypes窗口中Options,弹出SHELL99ElementTypeOptions窗口，将K8设置为ALLLayer，单击OK。单击ElementTypes窗口中Close。

4.

选取菜单途径Mainmenu>Preprocessor>ElementType>RealConstants，弹出RealConstants窗口。单击OK，弹出ElementtypeforRealConstants窗口。单击OK，弹出RealConstantsSetNumber1,forSHELL99窗口，依次输入NL=20、LSYM=1、LP1=1和LP2=20。

5.

单击OK，弹出RealConstantsSetNumber1，forSHELL99附加信息窗口，所有MAT输入1，所有TK输入0.001，THETA依次输入0、45、90、-45、0、0、45、90、-45和0。单击OK。再单击RealConstants窗口中的Close。

6.

选取菜单途径Mainmenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels>Structural>Linear>Elastic>Orthotropic,弹出OrthotropicMaterialProperties窗口，单击OK后依次输入E*=181e9，EY=10.3e9，EZ=10.3e9，PR*Y=0.016，G*Y=G*Z=7.17e9，GYZ=3.78e9单击OK。

(二)

定义失效准则

1.

选取菜单途径Mainmenu>Proprocessor>MaterialProps>FailureCriteria>Add/Edit，选择为哪一个材料定义失效准则，本例只有材料1，直接单击OK，弹出Add/EditFailureCriteria窗口，在StressinTension的*、Y、Z栏中分别输入1.5e9、4e7、4e7，在Stressinpression的*、Y、Z栏中分别输入-1.5e9、-2.46e8、-2.46e8，在StressinShear的*Y栏中输入6.8e7，单击OK。

(三)

定义有限元模型

1.

选取菜单途径Mainmenu>Prepocessor>-Modeling-Creat>-Areas-Rectangle>ByDimensions，弹出CreateRectanglebyDimensions对话框，在*1和*2处输入0和3，在Y1和Y2处输入0和0.3，单击OK。

2.

选取菜单途径UtilityMenu>WorkPlane>OffsetWPbyIncrements,将工作平面坐标系绕*轴逆时针旋转90度。

3.

选取菜单途径Mainmenu>Prepocessor>-Modeling-Creat>-Areas-Rectangle>ByDimension，弹出CreateRectanglebyDimensions对话框，在*1和*2输入0和3，在Y1和Y2处输入0.1和-0.1，单击OK。

4.

选取菜单途径UtilityMenu>WorkPlane>OffsetWPbyIncrements，将工作平面坐标系沿工作平面坐标系Z轴移动-0.3。

5.

选取菜单途径Mainmenu>Prepocessor>-Modeling-Creat>-Areas-Rectangle>ByDimension，弹出CreateRectanglebyDimensions对话框，在*1和*2输入0和3，在Y1和Y2处输入0.1和-0.1，单击OK。

6.

选取菜单途径Mainmenu>Prepocessor>Operate>Partition>Areas，弹出PartitionAreas拾取对话框，单击PickAll。

7.

选取菜单途径Mainmenu>Prepocessor>Mesh>-Meshing-Sizetrls>-Global-Size弹出GlobalElementSizes窗口，在SIZE处输入0.1，单击OK。

8.

选取菜单途径Mainmenu>Prepocessor>-Meshing-Mesh>-Areas-Free，弹出MeshAreas拾取对话框，单击PickAll。

9.

选取菜单途径Mainmenu>Prepocessor>>NumberingCtrls>MergeItems,将Label设置为Node，单击OK。

10.选取菜单途径Mainmenu>Prepocessor>>NumberingCtrls>pressNumber,将Label设置为Node，单击OK。

(四)

添加约束和载荷并求解

1.

选取菜单途径UtilityMenu>Select>Entities，弹出SelectEntities窗口，从上至下依次设置为：Nodes、ByLocation、*和输入0，单击OK。

2.

选取菜单途径MainMenu>Solution>-Loads-Apply>-Structural-Displacement>OnNodes，弹出AppleU,ROTonNodes拾取对话框。单击PickAll，弹出ApplyU,ROTonNodes窗口，将Lab2设置为ALLDOF，单击OK。

3.

选取菜单途径UtilityMenu>Select>Everything。

4.

选取菜单途径UtilityMenu>Select>Entities，弹出SelectEntities窗口，从上至下依次设置为：Nodes、ByLocation、*和输入3，单击OK。

5.

选取菜单途径UtilityMenu>Select>Entities，弹出SetectEntities窗口，从上至下依次设置为：Nodes、ByLocation、Y输入0.3和Reselect，单击OK。

6.

选取菜单途径UtilityMenu>Select>Entities，弹出SelectEntities窗口，从上至下依次设置为：Nodes、ByLocation、Z输入0和Reselect，单击OK。

7.

选取菜单途径MainMenu>Solution>-Loads-Apply>-Structural-Force>Moment>OnNodes，弹出AppleF/M,onNodes拾取对话框。单击PickAll，弹出ApplyF/MonNodes窗口，将Lab设置为FY，在VALUE处输入-10000，单击OK。

8.

选取菜单途径UtilityMenu>Select>Everything。

9.

选取菜单途径UtilityMenu>Select>Entities，弹出SelectEntities窗口，从上至下依次设置为：Nodes、ByLocation、*和输入3，单击OK。

10.选取菜单途径UtilityMenu>Select>Entities，弹出SetectEntities窗口，从上至下依次设置为：Nodes、ByLocation、Y输入0.3和Reselect，单击OK。

11.选取菜单途径UtilityMenu>Select>Entities，弹出SelectEntities窗口，从上至下依次设置为：Nodes、ByLocation、Z输入0.1和Reselect，单击OK。

12.选取菜单途径MainMenu>Solution>-Loads-Apply>-Structural-Force>Moment>OnNodes，弹出AppleF/M,onNodes拾取对话框。单击PickAll，弹出ApplyF/MonNodes窗口，将Lab设置为FY，在VALUE处输入-100，单击OK。

13.选取菜单途径UtilityMenu>Select>Everything。

14.选取菜单途径UtilityMenu>Select>Entities，弹出SelectEntities窗口，从上至下依次设置为：Nodes、ByLocation、*和输入3，单击OK。

15.选取菜单途径UtilityMenu>Select>Entities，弹出SetectEntities窗口，从上至下依次设置为：Nodes、ByLocation、Y输入0.3和Reselect，单击OK。

16.选取菜单途径UtilityMenu>Select>Entities，弹出SelectEntities窗口，从上至下依次设置为：Nodes、ByLocation、Z输入-0.1和Reselect，单击OK。

17.选取菜单途径MainMenu>Solution>-Loads-Apply>-Structural-Force>Moment>OnNodes，弹出AppleF/M,onNodes拾取对话框。单击PickAll，弹出ApplyF/MonNodes窗口，将Lab设置为FY，在VALUE处输入-100，单击OK。

18.选取菜单途径UtilityMenu>Select>Everything。

19.选取菜单途径UtilityMenu>Solution>-Solve-CurrentLS，弹出SolveCurrentLoadStep对话框，同时弹出/STATmand窗口。仔细阅读/STATmand窗口的信息，然后单击Close关闭/STATmand窗口，假设出现错误提示，修改之。

20.求解计算。

21.当求解完毕时，弹出"Solutionisdone！〞对话框，关闭之。(五)

观察结果

1.

选取菜单途径MainMenu>GeneralPostpro>ElementTableDefineTable，弹出DefineTableData窗口。单击Add，弹出DefineAdditionalElementTableItems窗口，在Lab处输入N*，将Item设置为Bysepuencenum，将p设置为SMISC，7。

2.

单击Apply，再次弹出DefineAdditionalElementTableItems窗口，在Lab处输入FC，将Item设置为Bysequencenum，将p设置为NMISC，1。

3.

单击Apply，再次弹出DefineAdditionalElementTableItems窗口，在Lab处输入FCMC，将Item设置为Bysequencenum，将p设置为NMISC，2。

4.

单击Apply，再次弹出DefineAdditionalElementTableItems窗口，在Lab处输入FCLN，将Item设置为Bysequencenum，将p设置为NMISC，3。

5.

单击Apply，再次弹出DefineAdditionalElementTableItems窗口，在Lab处输入ILM*，将Item设置为Bysequencenum，将p设置为NMISC，4。

6.

单击Apply，再次弹出DefineAdditionalElementTableItems窗口，在Lab处输入ILMN，将Item设置为Bysequencenum，将p设置为NMISC，5。

7.

选取菜单途径MainMenu>GeneralPostpro>ElementTable>PlotElementTable，弹出ContourPlotofElementTableData窗口。将Itlab处设置为N*，单击OK。

8.

选取菜单途径MainMenu>GeneralPostpro>ElementTable>PlotElementTable，弹出ContourPlotofElementTableData窗口。将Itlab处设置为FC，单击OK。

9.

选取菜单途径MainMenu>GeneralPostpro>ElementTable>PlotElementTable，弹出ContourPlotofElementTableData窗口。将Itlab处设置为FCMC，单击OK。

10.选取菜单途径MainMenu>GeneralPostpro>ElementTable>PlotElementTable，弹出ContourPlotofElementTableData窗口。将Itlab处设置为FCLN，单击OK。

11.选取菜单途径MainMenu>GeneralPostpro>ElementTable>PlotElementTable，弹出ContourPlotofElementTableData窗口。将Itlab处设置为ILM*，单击OK。

12.选取菜单途径MainMenu>GeneralPostpro>ElementTable>PlotElementTable，弹出ContourPlotofElementTableData窗口。将Itlab处设置为ILLN，单击OK。

13.选取菜单途径MainMenu>GeneralPostpro>ElementTable>ListElementTable,弹出ListElementTableData窗口，激活N*、ILLN和ILM*项，单击OK。

14.选取菜单途径MainMenu>GeneralPostpro>ElementTable>ListElementTable,弹出ListElementTableData窗口，激活FC、FCLN和FCM*项，单击OK。批处理方式

/PREP7

/TITILE,DIECENBAN

ET,1,SHELL99,,,,,2,4

！定义单元类型

KEYOPT,1,8,1

R,1,20,1,1,20

！定义实常数

RMORE

RMORE,1,0,0.001,1,45,0.001

RMORE,1,90,0.001,1,-45,0.001

RMORE,1,0,0.001,1,0,0.001

RMORE,1,45,0.001,1,90,0.001,

RMORE,1,-45,0.001,1,0,0.001

MP,E*,1,181E9

！定义材料特性

MP,EY,1,10.3E9

MP,EZ,1,10.3E9

MP,PR*Y,1,0.016

MP,G*Y,1,7.17E9

MP,GYZ,1,3.78E9

TB,FAIL,1

！定义失效准则

TBTEMP,,CRIT

TBDATA,1,0,0,1

TBTEMP,20

TBDATA,10,1500E6

TBDATA,11,-1500E6

TBDATA,12,40E6

TBDATA,13,-246E6

TBDATA,14,40E6

TBDATA,15,-246E6

TBDATA,16,68E6

K,1

！定义有限元模型

K,2,3

K,3,3,0.3

K,4,0,0.3

A,1,2,3,4

K,5