干货 | ANSYS ACP在复合材料铺层设计中的应用

复合材料凭借其重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等优点，广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑、健身器材等领域，已逐步取代木材及金属合金，在近几年更是得到了飞速发展。对复合材料产品力学性能（结构强度和疲劳寿命等）的计算评估目前比较流行的解法是CAE分析法。

ANSYS ACP是一款专用的复合材料前后处理工具，在前处理铺层信息定义和后处理结果查看环节中都有着简洁高效和人性化的设置操作。本文主要介绍ANSYS ACP在复合材料铺层设计中的操作流程和ACP工具的一些重要功能，希望对复合材料行业的工程师们能够有所帮助。

ANSYS ACP分析流程一般分为三个环节，即前处理（铺层信息定义）、边界载荷设置和后处理（包括失效模式定义和结果查看）。分析流程如图1.1所示，Workbench中的分析流程如图1.2所示。

图1.1 ANSYS ACP分析流程

图1.2 Workbench中的分析流程

以一复合材料管道接头为例，着重介绍ANSYS ACP在复合材料铺层设计中的操作关键步骤。

同种类型的铺层面可以组成一个Selection后批量进行铺层设置，先在ANSYS DesignModeler对同一类型的铺层面建组，如图2.1所示，这样在ANSYS ACP中就会生成相应的Selection，如图2.2所示。

图2.1 DesignModeler中对同一类型面建组

图2.2 ANSYS ACP中的Selection

图2.3 定义角度参考方向          图2.4 定义铺层方向

图2.5定义铺层属性（材料、角度）

设置铺层截面便于观察叠层情况，在Section Cuts下创建Section Cut，如图2.6所示。

图2.6 设置铺层截面

图2.7 设置边界及载荷条件

图2.8 定义失效准则

根据失效判定标准——大于1的部分为材料失效，即下图中管道红色部分为达到材料失效，如图2.9所示。

图2.9 复合材料失效云图

ANSYS ACP的“Draping”功能主要是用来纠正仿真中的纤维方向。下面两幅图列出了未采用“Draping”功能和采用“Draping”功能的纤维方向对比。

图3.1 未采用“Draping”功能图       3.2 采用“Draping”功能

ANSYS ACP自动展开功能可显示实际铺层用料的形状，通过ANSYS Spaceclaim或CAD工具可查看展开轮廓的尺寸大小，该功能对铺层设计具有指导意义。

图3.3 铺层自动展开效果图图       3.4 铺层展开轮廓