短纖維增強複合材料力學模擬技術

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文章釋出：上海安世亞太官方

作者：陳科夫上海安世亞太結構應用工程師

本文共計1180字，閱讀時間預計4分鐘

編者按

作者詳細分析了短纖維增強複合材料力學模擬技術的應用領域和實際意義，並具體闡述了Mechanical 2021R1中實現短纖維增強複合材料的力學分析過程。

什麼是短纖維增強複合材料

短纖維增強複合材料具有製造快速、力學效能好等優點，已成為傳統材料的重要替代品。目前被

廣泛應用於交通運輸、航空航天等工程領域。

準確地預測短纖維增強複合材料的力學效能對於實際工程應用具有重要意義。

針對短纖維增強複合材料細觀隨機分佈的特徵，基於RVE的有限元法，可以

很好的對複合材料的力學特性進行模擬，並且能夠滿足複合材料設計要求。

如何實現力學分析

ANSYS Mechanical 2021R1短纖維增強複合材料力學特性模擬功能得到了增強，該功能能夠模擬注塑材料的真實和複雜細節，如纖維的方向和零件中存在的注塑應力等。下文

主要闡述在Mechanical 2021R1中如何實現短纖維增強複合材料的力學分析。

總體上需要建立圖1的專案流程並分析一個短纖維複合材料注塑而成的簡單模型。其中Material Designer模組主要計算短纖維複合材料各向異性彈塑性力學效能。Injection Molding Data 為2021R1版本的新增模組，可以匯入專業注塑成型模擬軟體的相應結果，為後續分析提供輸入條件。

圖1

第一步

從Component Systems拖入Mechanical Designer、Injection Molding Data兩個模組。從Analysis Systems拖入Static Structural模組，並在Static Structural完成基本幾何建模。

第一步示意圖

第二步

進入Material Designer > Engineering Data，選擇複合材料基體及纖維的材料，本例選擇Resin Polyamide

/Nylon 66為基體材料，E-Glass為纖維材料。

第二步示意圖

第三步

進入Material Designer模組，Material Designer> Short Fiber Composite > Analytical Model，使用分析模式快速計算均質化平均場引數。

第三步示意圖

第四步

在Analytical Model（short Fiber）中進行設定，在Materials中設定基體及纖維材料；

在Setup中設定體積含量、纖維長徑比等引數。在setting中採用預設設定。設定見下圖。

第四步示意圖

第五步

在Analyses中選擇Variable Material，編輯可隨區域變化的材料。選擇Sampling Strategy為custom。進入Short Viber Wizard，根據內容提示，可輸入若干取樣方向點，本例取10。本例同時考慮不同的體積含量的組合，在Fiber Volume Fraction前打勾，輸入0。1-0。4：7，並點選ok。得到如下引數列表。並完成材料計算，退出。