复合材料设计与分析软件的介绍

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1、复合材料设计与分析软件的介绍1引言   复合材料以其高强轻质、性能各向异性和结构可设计性等特点，广泛应用于航空航天、汽车、船舶等领域。但复合材料铺层结构设计较为复杂，性能分散性大，这些问题和缺陷使复合材料的进一步推广应用遇到了阻碍。为解决上述问题，多种复合材料设计、分析软件被开发、运用于复合材料的设计和制造中，大大的方便了复合材料的分析、设计过程，本文介绍LarrunateTools、ESAComp、SYSPLY、FiberSIM四种软件的主要优越性及其在复合材料分析、设计过程中所发挥的作用。2LaminateTools软件(

2、简称LT)   LaminateTools是由英国Anaglyph软件公司推出的独具特色的一教软件，它集复合材料结构设计、分析和制造于一身，LaminateTools由显示、设计、分析、检查以及制造工艺5个功能模块组成，分别涵盖了三维模型可视化显示、材料铺层等信息建立与编辑、层合板性能生成、商业化有限元软件结果可视化检查以及制造工艺信息及下料图形的输出。   LaminateTools主要功能：   2.1显示模块   显示模块的界面如图1所示。   图1显示模块界面   LaminateTools可以读取包括：行业标准*.L

3、ayup文件，NASTRAN的*.nas、*.bdf及*.fem等输入文件，Ansys的*.cdb文件，FiberSIM的*.fml数据文件，以及CAD的STL格式文件；以多种模式和多视角显示模型网格，有透视图、剪切视图、拾取视图、印刷视图等；LarrunateTools的显示模块能够显示材料特征，覆盖和量化使用方法；显示单层覆盖、纤维取向、铺覆图案、平面样板图、边界、材料、物理和铺覆特征和源于每层的铺层；显示偏移定义；显示厚度分布；显示每个有限元层合特性细节。   2.2设计模块   LaminateTools的设计模块能够

4、创建和修改材料、单层、偏置和铺层，处理结构中所有与复合材料相关的问题；并可使用子层，以隔开结构部件；铺覆选择，包括开口、同一单层中不同部分铺覆顺序、织物尺寸限制和种子曲线限制等，以跟随特定结构特征。   2.3检查模块   该模块能提供快速和便捷的有限元分析结果后处理。读取ANSYS结果文件（*.rst）进行后处理；在不需要有限元重新求解的前提下对整个铺层结构进行小的修正和交互显示重分配层的应力和失效计算；通过逐层的单元厚度、输出应力和失效指数等的曲线，清楚标识出重要应力分量和问题点；输出原始全局层的任意结果曲线，让载荷路径显

5、得清晰和正确的解释优化策略；检查模块能够使设计师立即领会任何工况（或多工况）对层合复合材料结构的影响，能够快速圈定危险点范围，识别问题，快速评估校正方法，并且采取正确行动，如图2所示。   图2过载区域检查2.4分析模块   分析模块可以写入包括所有层合板信息的NASTRAN或者ANSYS格式的输入文件，也即转换铺层信息到有限元特性，为分析做准备。基于设计模块创建的铺层信息，或者从*.Layup文件直接读取，或者通过FiberSIM的文件（设计模块）导入，创建层合板特性数据进行有限元分析。   2.5制造模块   该模块主要功

6、能包括：导出到模具表面以用于CAD；处理多种已存在的平面样板图铺覆在模具上，支持有限宽度重叠窄条的创建并导出到CAD系统；导出表格格式的完整或者部分单层信息表，以及单层铺覆的图表和特征，可以输出到标准HTML格式（网页浏览格式），以达到最大兼容性，或者针对公司的特定定制导出到微软WORD（可选）格式。   LaminateTools桥接了复合材料设计、分析和制造的整个流程，强大的可视化功能使其在审核设计和查明材料特性需要审杏的问题区域时极具使用价值，创建复杂层合板的功能使其在处理大量铺层信息时极其有用，创建并输出单层信息表的功

7、能使其在逐层检查和铺层可视化上极具优势。3ESAComp软件   ESAComp是由芬兰赫儿辛基大学轻型结构材料实验室，开发的一款专业复合材料设计、分析软件，它具有基于微观力学分析的广泛的实体/夹层板分析、设计能力，而且包含了针对单层板、层压板、加筋板、梁和柱体，以及胶接和机械连接等等各种复合材料结构形式、连接形式的分析工具。   ESAComp主要功能：   3.1分析功能   一般的微观力学关系在精确模拟复合材料行为时有很多缺陷，因此在实际的设计工作中，需要使用更可靠的单层的试验测试数据。ESAComp提供了基体的混合率公

8、式来预测工程常数和各种膨胀系数。而且，用户还可以定义专门的微观力学分析模型，见图3。   图3可以在不同的坐标系统下来研究层合板单层的应力或应变   3.2设计功能   层合板结构的设计通常是对不同材质、层厚度和铺层方式的组合进行试选找到合适的结构构造。虽然材质组合和层合板铺