短纤维复合材料仿真技术

作者：陈科夫 上海安世亚太结构应用工程师

本文共计1180字，阅读时间预计4分钟

如何实现力学分析

ANSYS Mechanical 2021R1短纤维增强复合材料力学特性仿真功能得到了增强，该功能能够模拟注塑材料的真实和复杂细节，如纤维的方向和零件中存在的注塑应力等。下文主要阐述在Mechanical 2021R1中如何实现短纤维增强复合材料的力学分析。

总体上需要建立图1的项目流程并分析一个短纤维复合材料注塑而成的简单模型。其中Material Designer模块主要计算短纤维复合材料各向异性弹塑性力学性能。Injection Molding Data 为2021R1版本的新增模块，可以导入专业注塑成型仿真软件的相应结果，为后续分析提供输入条件。

图1

从Component Systems拖入Mechanical Designer、Injection Molding Data两个模块。从Analysis Systems拖入Static Structural模块，并在Static Structural完成基本几何建模。

第一步示意图

进入Material Designer > Engineering Data，选择复合材料基体及纤维的材料，本例选择Resin Polyamide

/Nylon 66为基体材料，E-Glass为纤维材料。

第二步示意图

进入Material Designer模块，Material Designer> Short Fiber Composite > Analytical Model,使用分析模式快速计算均质化平均场参数。

第三步示意图

在Analytical Model（short Fiber）中进行设置，在Materials中设置基体及纤维材料；

在Setup中设置体积含量、纤维长径比等参数。在setting中采用默认设置。设置见下图。

第四步示意图

在Analyses中选择Variable Material，编辑可随区域变化的材料。选择Sampling Strategy为custom。进入Short Viber Wizard，根据内容提示，可输入若干取样方向点，本例取10。本例同时考虑不同的体积含量的组合，在Fiber Volume Fraction前打勾，输入0.1-0.4:7，并点击ok。得到如下参数列表。并完成材料计算，退出。

第五步示意图

将Material Designer链接到Static Structure中的Engineering Data，将材料数据传入工程数据，打开工程数据后，可以直观的看到复合材料基材、纤维材料的基本数据，纤维方向张量的特征值A11、A22及体积含量等数据。

第六步示意图

进入Injection Molding Data模块，Setup>RMB>Edit，导入从第三方注塑成型仿真软件导出的网格文件和纤维方向张量文件。

第七步示意图

链接Setup至Static Structure---Model，并update。

第八步示意图

进入Mechanical，设置材料为基体-纤维复合材料，并按下图步骤导入单元定向向量。

第九步示意图

进入Materials，按下图步骤导入A11纤维方向张量特征值分布场。

同理，导入A22纤维方向张量特征值分布场

最终得到A11和A22分布场云图。

第十步示意图

添加载荷和边界条件，并进行求解。得到结果（总位移）。

第十一步示意图

结语

通过上面这个案例，我们可以初步了解如何通过Mechanical Designer、Injection Molding Data完成短纤维注塑复合材料的仿真。通过该功能，可以考虑纤维分布对材料特性的影响，能够更真实的模拟结构的力学特性，确保产品的安全性和可靠性。

*本文版权归上海安世亚太所有，

如需转载，请与我们联系。

关注【上海安世亚太】官方微信，获取更多原创最新文章、活动资讯，如果你觉得这篇文章对你有用，点个赞吧！