【APDL Showcase】复合材料加筋板荷载作用下脱粘分析

Super Pantsu 2021年3月30日浏览：2354 评论：5 收藏：11

这个示例问题演示了使用实壳单元技术来模拟分层复合材料结构。通过接触单元的粘结接触模型（cohesive zone model——CZM）来模拟界面之间的粘结、渐进失效行为。

重点展示以下特点和功能：

1、使用实体壳单元建模（SOLSH190）

2、用粘结接触模型（CZM）模拟界面行为

3、巧妙利用约束方程（CP）来模拟周期对称边界（periodic symmetry）

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【简介】

加筋复合材料板由于其优异的耐久性和强度质量比，是飞机机身结构的理想选择。ANSYS为分层复合材料结构建模提供了多种单元类型。在本例中，选择了8节点的固体壳单元SOLSH190，因为它对层状结构具有普遍适用性，并且极大地简化了建模过程。

在这个例子中使用的SOLSH190单元的独特特性大大简化了薄零件之间的接触建模。例如，当使用SOLSH190代替壳体时，不必担心截面偏置、接触面方向或大挠度时厚度的变化。

加筋板在承受工作荷载时，可能会经历各种局部和整体破坏模式。这个例子主要集中在面板的整体屈曲和不同结构部件之间的粘结材料的渐进失效。为了模拟这种高度非线性和不稳定的现象，采用了非线性稳定方法和粘结接触模型。

【案例介绍】

加筋板由三部分组成：蒙皮、桁条腹板和桁条翼缘。加强筋(桁条腹板和翼缘)按固定间隔重复施工，如下图所示。这三种构件都由层状复合材料制成。随着面内压缩载荷逐渐施加，导致面板屈曲，蒙皮和翼缘之间的产生剥离。

如下图所示：在本例中，在结构中部设定一个人为的初始缺陷区域（即只有标准接触、无胶粘行为），并允许随着负载的增加而扩展（其余位置设置粘结接触CZM）。

板的一端被完全约束，如下图所示。另一端假定为刚性，只允许纵向X方向上的均匀位移。为了模拟这些条件，创建一个参考点，使用CP命令将参考点的X位移和这一端所有其他节点的X位移耦合起来。

周期对称边界约束要求模型上的一个周期边界上的任何节点与另一个周期边界上相应节点的移动方式相同。本例中用循环语句与CP命令将两个周期边界上的节点自由度依次对应耦合。

【关键命令流】

!!!!粘结接触模型材料参数
tb,czm,174,1,,cbde     !定义到conta174单元上、且使用CBDE粘结模型
tbdata,1,61,0.075,68,0.6,5.e-4,1    !定义CBDE模型参数

CBDE模型的模型参数分别为：

!!!!!用循环将周期边界上的节点依次对应耦合
!!!!!达到周期对称边界的效果
*get, nnode, node, ,count
*status, nnode
*do, i, 1, nnode   
   *if, NY(i), ge, 79.99, AND, NY(i), le, 80.01, then
    *if, NX(i), ge, 0.01, and, NX(i), le, 599.99, then
     xU = NX(i)
     zU = NZ(i)
     nsel, s, loc, x, xU-0.01, xU+0.01
     nsel, r, loc, y, -80.01, -79.99
     nsel, r, loc, z, zU-0.01, zU+0.01
     *get, nodeU, node, ,num, max  
     nall      
     cp,i*3+1, ux, nodeU, i
     cp,i*3+2, uy, nodeU, i
     cp,i*3+3, uz, nodeU, i
    *endif
   *endif
*enddo