Ansys復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析總結(jié)

1、.ansys復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析總結(jié)說明：整理自simwe論壇，復(fù)合材料版塊，原創(chuàng)fea_stud，大家要感謝他呀目錄1# 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析總結(jié)（一）概述篇5# 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析總結(jié)（二）建模篇10#復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析總結(jié)（三）分析篇13#復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析總結(jié)（四）優(yōu)化篇做了一年多的復(fù)合材料壓力容器的分析工作，也積累了一些分析經(jīng)驗，到了總結(jié)的時候了，回想起來，總最初采用i-deas，到msc.patran、nastran，到最后選定ansys為自己的分析工具，確實有一些東西值得和大家分享，與從事復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析的朋友門共同探討。 （一）概述篇復(fù)合材料是由一種以上具有不同性質(zhì)的材料構(gòu)成，其主要優(yōu)點是具

2、有優(yōu)異的材料性能，在工程應(yīng)用中典型的一種復(fù)合材料為纖維增強復(fù)合材料，這種材料的特性表現(xiàn)為正交各向異性，對于這種材料的模擬，很多的程序都提供了一些處理方法，在i-deas、nastran、ansys中都有相應(yīng)的處理方法。筆者最初是用i-deas下建立各項異性材料結(jié)合三維實體結(jié)構(gòu)單元來模擬（由于研究對象是厚壁容器，不宜采用殼單元），分析結(jié)果還是非常好的，而且i-deas強大的建模功能，但由于課題要求要進行壓力容器的優(yōu)化分析，而且必須要自己寫優(yōu)化程序，i-deas的二次開發(fā)功能開放性不是很強，所以改為msc.patran，patran提供了一種非常好的二次開發(fā)編程語言pcl（以后在msc的版中專門給

3、大家貼出這部分內(nèi)容），采用patran結(jié)合nastran的分析環(huán)境，建立了基于正交各項異性和各項異性兩種分析模型，但最終發(fā)現(xiàn)，在得到的最后結(jié)果中，復(fù)合材料層之間的應(yīng)力結(jié)果始終不合理，而模型是沒有問題的（因為在i-deas中，相同的模型結(jié)果是合理的），于是最后轉(zhuǎn)向ansys，剛開始接觸ansys，真有相見恨晚的感覺，豐富的單元庫，開放的二次開發(fā)環(huán)境（apdl語言），下面就重點寫ansys的內(nèi)容。在ansys程序中，可以通過各項異性單元（solid 64）來模擬，另外還專門提供了一類層合單元（layer elements）來模擬層合結(jié)構(gòu)（shell 99, shell 91, shell 181,

4、 solid 46 和solid 191）的復(fù)合材料。采用ansys程序?qū)?fù)合材料結(jié)構(gòu)進行處理的主要問題如下：（1） 選擇單元類型 針對不同的結(jié)構(gòu)和輸出結(jié)果的要求，選用不同的單元類型。 shell 99 線性結(jié)構(gòu)殼單元，用于較小或中等厚度復(fù)合材料板或殼結(jié)構(gòu)，一般長度方向和厚度方向的比值大于10； shell 91 非線性結(jié)構(gòu)殼單元，這種單元支持材料的塑性和大應(yīng)變行為； shell 181 有限應(yīng)變殼單元，這種單元支持幾乎所有的包括大應(yīng)變在內(nèi)的材料的非線性行為； solid 46 三維實體結(jié)構(gòu)單元，用于厚度較大的復(fù)合材料層合殼或?qū)嶓w結(jié)構(gòu)； solid 191 三維實體結(jié)構(gòu)單元，高精度單元，不支持

5、材料的非線性和大變形。 （2）定義層屬性配置主要是定義單層的層屬性，對于纖維增強復(fù)合材料，在這里可以定義單層厚度、纖維方向等。（3）定義失效準(zhǔn)則支持多種失效準(zhǔn)則，不過我還是沒有用他，而是自己寫了通過應(yīng)力結(jié)果采用二次蔡胡準(zhǔn)則程序來判斷的。（4）其他的一些建模技巧和后處理指導(dǎo)在我的分析工作中，主要采用了三維實體結(jié)構(gòu)單元。 關(guān)于solid 46單元（1）solid 46是用于模擬復(fù)合材料厚殼或?qū)嶓w的8節(jié)點三維層合結(jié)構(gòu)單元，單元節(jié)點有x,y和z方向三個結(jié)構(gòu)自由度，單元允許最多250層不同的材料； （2）這種單元的定義包括：8個節(jié)點、各層厚度、各層材料方向角和正交各項異性材料屬性，其中每層可以為面內(nèi)兩個

6、方向雙線性的不等厚層； （3）在材料定義時，只需定義材料主方向和材料坐標(biāo)系（單元坐標(biāo)系）一致的材料參數(shù)，不一致的復(fù)合材料層通過定義材料方向角（該層材料主方向和材料坐標(biāo)系所成的角度）由程序自動轉(zhuǎn)換； （4）通過選擇不同的層直接在單元坐標(biāo)下獲取單元應(yīng)力，包括三個方向的應(yīng)力和面內(nèi)剪切應(yīng)力，而不需要通過應(yīng)力應(yīng)變的轉(zhuǎn)換來獲取；論壇問答：q：ansys如何處理失效后的材料退化呢？a：ansys沒有直接提供材料失效后的退化，但可以自己寫程序讓ansys執(zhí)行。ansys可以用失效準(zhǔn)則判斷材料是否失效，之后剛度降低可以通過實驗測得。再將實驗數(shù)據(jù)輸入到ansys中，對失效的單元重新進行分析。共同討論！ ansys

7、確實沒有直接提供材料失效后的退化的處理方法。我們在進行復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析時，通常采用單層模量退化的估算方法，這種估算方法就是將帶有裂紋層的橫向、剪切模量與泊松系數(shù)全部用一組經(jīng)過df因子退化的新值替代，為了考慮壓縮強度的下降，對單向復(fù)合材料的壓縮強度也要df因子退化（詳細(xì)信息可以參考蔡為侖的復(fù)合材料設(shè)計一書），這樣，我們就可以再結(jié)合ansys的apdl來處理了。建模篇復(fù)合材料是一種各向異性材料，對于纖維增強復(fù)合材料又是一種正交各向異性材料，因此，在進行復(fù)合材料結(jié)構(gòu)建模的時候要特別注意的一個重要的問題，就是材料的方向性。下面，就我個人的分析經(jīng)驗，對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的建模作一個總結(jié)。1結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系、單元坐標(biāo)

8、系、材料坐標(biāo)系和結(jié)果坐標(biāo)系 建立復(fù)合材料結(jié)構(gòu)模型，存在一個結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系，用于確定幾何元素的位置，這個坐標(biāo)可以是笛卡爾坐標(biāo)系、柱坐標(biāo)系或者是球坐標(biāo)系；單元坐標(biāo)系是每個單元的局部坐標(biāo)系，一般用來描述整個單元；材料坐標(biāo)系是確定材料屬性方向的坐標(biāo)系，一般沒有專門建立的材料坐標(biāo)系，而是參考其他坐標(biāo)系，如整體結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系，或單元坐標(biāo)系，在ansys程序中，材料坐標(biāo)是由單元坐標(biāo)唯一確定的，要確定材料坐標(biāo)，只要確定單元坐標(biāo)就行了；結(jié)果坐標(biāo)系是在進行結(jié)果輸出時所使用的坐標(biāo)系，也是一般參考其他坐標(biāo)系。在ansys程序中，關(guān)于坐標(biāo)系有人做過專門的總結(jié)。見后。2用于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析的單元 用于復(fù)合材料分析的單元主要有兩類

9、，一類是層合單元，如shell 99, shell 91, shell 181, solid 46 和solid 191；另一類是各向異性單元，如solid64；這些材料都有不同的處理方法，層合單元，在一個單元內(nèi)可以包含多層信息，包括各層的材料、厚度和方向；各項各向異性單元，在一個單元內(nèi)，只能包含一種材料信息，而且所得到的計算結(jié)果還要進行一些處理，因此有一定的局限性。3單元坐標(biāo)的一致性問題 在進行復(fù)合材料結(jié)構(gòu)建模的時候，有些時候結(jié)構(gòu)幾何比較復(fù)雜，很難用統(tǒng)一的坐標(biāo)來確定單元坐標(biāo)系，即使對一些規(guī)則的幾何（如圓桶），在用旋轉(zhuǎn)方法生成幾何時，不同的面法向也會帶來單元坐標(biāo)的不一致，這就使得材料輸入的時候

10、存在問題并使計算結(jié)果錯誤，因此，在幾何建模時要特別注意這一問題，筆者也沒有得到一些復(fù)雜幾何進行單元劃分時保持單元一致的合適方法。4 一個實例5 下面的命令流顯示了不同的幾何生成方法會產(chǎn)生不同的單元坐標(biāo)方向： /prep7 !*create material* mptemp, mptemp,1,0 mpdata,ex,1,2.068e8 mpdata,prxy,1,0.29mptemp, mptemp,1,0 mpdata,dens,1,7.82e-6 !*create element type* et,1,solid95 keyopt,1,1,1 keyopt,1,5,0 keyopt,1,6

11、,0 keyopt,1,11,0 !* csys,1 hs=80 !*create two keypoints along axial k,101,0,0,0, k,102,0,0,400, !*create keypoints k,1,61,0,0,k,2,hs,0,0, k,5,100,0,0, k,11,61,0,178, k,12,hs,0,178, k,15,hs+10,0,178, k,111,61,0,178, k,112,hs,0,178, k,115,hs+10,0,178, k,21,61,0,2450,k,22,hs-4,0,2450, k,25,hs+6,0,2450,

12、 !* !*create areas by keypoints flst,2,4,3 fitem,2,21 fitem,2,111 fitem,2,112 fitem,2,22 a,p51x flst,2,4,3 fitem,2,22 fitem,2,112 fitem,2,115fitem,2,25 a,p51x !* flst,2,2,5,orde,2 fitem,2,1 fitem,2,-2 flst,8,2,3 fitem,8,101fitem,8,102vrotat,p51x, , , , , ,p51x, ,90,1, type, 1 mat, 1 real, esys, 0 se

13、cnum,mshape,0,3dmshkey,1 flst,5,2,6,orde,2 fitem,5,1 fitem,5,-2 cm,_y,volu vsel, , , ,p51xcm,_y1,voluchkmsh,volu cmsel,s,_y vmesh,_y1 cmdele,_y cmdele,_y1 cmdele,_y2 運行上述命令流，查看一下單元坐標(biāo)，再把命令流中下列部分 flst,2,4,3 fitem,2,21 fitem,2,111 fitem,2,112 fitem,2,22 a,p51x 改為： flst,2,4,3 fitem,2,22 fitem,2,21 fitem

14、,2,111 fitem,2,112 a,p51x 再看一下單元坐標(biāo)。ansys坐標(biāo)系總結(jié) 工作平面（working plane） 工作平面是創(chuàng)建幾何模型的參考(x,y)平面，在前處理器中用來建模(幾何和網(wǎng)格) 總體坐標(biāo)系 在每開始進行一個新的ansys分析時，已經(jīng)有三個坐標(biāo)系預(yù)先定義了。它們位于模型的總體原點。三種類型為: cs,0: 總體笛卡爾坐標(biāo)系 cs,1: 總體柱坐標(biāo)系 cs,2: 總體球坐標(biāo)系 數(shù)據(jù)庫中節(jié)點坐標(biāo)總是以總體笛卡爾坐標(biāo)系，無論節(jié)點是在什么坐標(biāo)系中創(chuàng)建的。 局部坐標(biāo)系 局部坐標(biāo)系是用戶定義的坐標(biāo)系。局部坐標(biāo)系可以通過菜單路徑workplanelocal cscreate

15、lc來創(chuàng)建。 激活的坐標(biāo)系是分析中特定時間的參考系。缺省為總體笛卡爾坐標(biāo)系。當(dāng)創(chuàng)建了一個新的坐標(biāo)系時，新坐標(biāo)系變?yōu)榧せ钭鴺?biāo)系。這表明后面的激活坐標(biāo)系的命令。菜單中激活坐標(biāo)系的路徑 workplanechange active cs to。 節(jié)點坐標(biāo)系 每一個節(jié)點都有一個附著的坐標(biāo)系。節(jié)點坐標(biāo)系缺省總是笛卡爾坐標(biāo)系并與總體笛卡爾坐標(biāo)系平行。節(jié)點力和節(jié)點邊界條件（約束）指的是節(jié)點坐標(biāo)系的方向。時間歷程后處理器 /post26 中的結(jié)果數(shù)據(jù)是在節(jié)點坐標(biāo)系下表達的。而通用后處理器/post1中的結(jié)果是按結(jié)果坐標(biāo)系進行表達的。 例如: 模型中任意位置的一個圓，要施加徑向約束。首先需要在圓的中心創(chuàng)建一個柱

16、坐標(biāo)系并分配一個坐標(biāo)系號碼(例如cs,11)。這個局部坐標(biāo)系現(xiàn)在成為激活的坐標(biāo)系。然后選擇圓上的所有節(jié)點。通過使用 prep7move/modifyrotate nodal cs to active cs, 選擇節(jié)點的節(jié)點坐標(biāo)系的朝向?qū)⒀刂せ钭鴺?biāo)系的方向。未選擇節(jié)點保持不變。節(jié)點坐標(biāo)系的顯示通過菜單路徑pltctrlssymbolsnodal cs。這些節(jié)點坐標(biāo)系的x方向現(xiàn)在沿徑向。約束這些選擇節(jié)點的x方向，就是施加的徑向約束。 注意：節(jié)點坐標(biāo)系總是笛卡爾坐標(biāo)系?？梢詫⒐?jié)點坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)到一個局部柱坐標(biāo)下。這種情況下，節(jié)點坐標(biāo)系的x方向指向徑向，y方向是周向（theta）?？墒钱?dāng)施加theta方

17、向非零位移時，ansys總是定義它為一個笛卡爾y位移而不是一個轉(zhuǎn)動（y位移不是theta位移）。 單元坐標(biāo)系 單元坐標(biāo)系確定材料屬性的方向（例如，復(fù)合材料的鋪層方向）。對后處理也是很有用的，諸如提取梁和殼單元的膜力。單元坐標(biāo)系的朝向在單元類型的描述中可以找到。 結(jié)果坐標(biāo)系 /post1通用后處理器中 (位移, 應(yīng)力，支座反力)在結(jié)果坐標(biāo)系中報告，缺省平行于總體笛卡爾坐標(biāo)系。這意味著缺省情況位移，應(yīng)力和支座反力按照總體笛卡爾在坐標(biāo)系表達。無論節(jié)點和單元坐標(biāo)系如何設(shè)定。要恢復(fù)徑向和環(huán)向應(yīng)力，結(jié)果坐標(biāo)系必須旋轉(zhuǎn)到適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系下。這可以通過菜單路徑post1options for output實現(xiàn)。

18、/post26時間歷程后處理器中的結(jié)果總是以節(jié)點坐標(biāo)系表達。 顯示坐標(biāo)系 顯示坐標(biāo)系對列表圓柱和球節(jié)點坐標(biāo)非常有用(例如, 徑向，周向坐標(biāo))。建議不要激活這個坐標(biāo)系進行顯示。屏幕上的坐標(biāo)系是笛卡爾坐標(biāo)系。顯示坐標(biāo)系為柱坐標(biāo)系，圓弧將顯示為直線。這可能引起混亂。因此在以非笛卡爾坐標(biāo)系列表節(jié)點坐標(biāo)之后將顯示坐標(biāo)系恢復(fù)到總體笛卡爾坐標(biāo)系。 分析篇下面就我對碳纖維增強復(fù)合材料壓力容器分析過程中所做的工作，從復(fù)合材料材料參數(shù)轉(zhuǎn)化、復(fù)合材料強度準(zhǔn)則、結(jié)構(gòu)剛強度分析幾方面寫些我的心得，與大家共同探討。 1復(fù)合材料材料參數(shù)的轉(zhuǎn)化 單向纖維增強復(fù)合材料（也稱單向板）是指纖維按照同一方向平行排列的復(fù)合材料，是構(gòu)成

19、層合板和殼的基本元素，可認(rèn)為是一種正交各向異性材料，也是一種橫觀各向同性材料（存在一個各向同性面），在進行有限元計算時，必須知道復(fù)合材料的彈性特性參數(shù)，并由彈性特性參數(shù)來計算正交各向異性材料的9個參數(shù)（在ansys程序中定義材料時所需3個彈性模量、3個泊松系數(shù)和3個剪切模量），單向復(fù)合材料特性的計算有許多種方法，主要的方法有halpin-tai的彈性力學(xué)方法，這種方法根據(jù)彈性理論將復(fù)雜的纖維與樹脂間的關(guān)系用一組方程來表示，通過求解方程組，解得彈性參數(shù)，我們使用的9個彈性參數(shù)的計算是通過單向復(fù)合材料的剛度矩陣轉(zhuǎn)化得到，下面是用apdl語言編寫的材料轉(zhuǎn)化程序。 mat_par_comp !* !*

20、this macro is used to calculate material parameters of composite !* e1=1.81e8 e2=1.03e7 v21=0.28 v12=e2*v21/e1 v23=0.5 v32=0.5 g12=7.17e6 rm=cos(arg1) rn=sin(arg1) rm2=rm*rm rm4=rm2*rm2 rn2=rn*rn rn4=rn2*rn2 rmn=rm*rn rmn2=rmn*rmn !* caculate stiffness matrice of unidirectional composite material* v

21、v=(1.0+v23)*(1.0-v23-2.0*v21*v12) vv=1.0/vv q11=(1.0-v23*v32)*vv*e1 q22=(1.0-v21*v12)*vv*e2 q33=q22 q12=v21*(1.0+v23)*vv*e2 q13=q12 q23=(v23+v21*v12)*vv*e2 q44=(1.0-v23-2.0*v21*v12)*vv*e2*0.5 q55=g12 q66=q55 !* calculate equivalent stiffness of composite material* hq11=q11*rm4+2.0*(q12+2.0*q66)*rmn2

22、+q22*rn4 hq12=(q11+q22-4.0*q66)*rmn2+q12*(rm4+rn4) hq13=q13*rm2+q23*rn2 hq23=q13*rn2+q23*rm2 hq16=-rmn*rn2*q22+rm2*rmn*q11-rmn*(rm2-rn2)*(q12+2.0*q66) hq22=q11*rn4+2.0*(q12+2.0*q66)*rmn2+q22*rm4 hq33=rn2*q13+rm2*q23 hq33=q33 hq26=-rmn*rm2*q22+rmn*rn2*q11+rmn*(rm2-rn2)*(q12+2.0*q66) hq36=(q13-q23)*rm

23、n hq44=q44*rm2+q55*rn2 hq45=(q55-q44)*rmn hq55=q55*rm2+q44*rn2 hq66=(q11+q22-2*q12)*rmn2+q66*(rm2-rn2)*(rm2-rn2) qq11=hq11 qq12=hq12 qq22=hq22 qq13=hq13 qq23=hq23 qq33=hq33 qq44=(hq44*hq55-hq45*hq45)/hq55 qq55=(hq44*hq55-hq45*hq45)/hq44 qq66=hq66 q(1)=qq11 q(2)=qq12 q(3)=qq13 q(4)=qq22 q(5)=qq23 q(6

24、)=qq33 q(7)=qq66 q(8)=qq44 q(9)=qq55 !* qqq=q(1)*(q(4)*q(6)-q(5)*q(5)-q(2)*(q(2)*q(6)-q(3)*q(5)+q(3)*(q(2)*q(5)-q(3)*q(4) s1=(q(4)*q(6)-q(5)*q(5)/qqq s2=-(q(2)*q(6)-q(3)*q(5)/qqq s3=(q(2)*q(5)-q(3)*q(4)/qqq s4=(q(1)*q(6)-q(3)*q(3)/qqq s5=-(q(1)*q(5)-q(2)*q(3)/qqq s6=(q(1)*q(4)-q(2)*q(2)/qqq s7=1/q(7

25、) s8=1/q(8) s9=1/q(9) eex=1/s1 eey=1/s4 eez=1/s6 vxy=-s2*eex vxz=-s3*eex vyz=-s5*eey gxy=1/s7 gyz=1/s8 gxz=1/s9 /eof2復(fù)合材料強度準(zhǔn)則 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的受力及應(yīng)力應(yīng)變情況非常復(fù)雜，并要考慮各種應(yīng)力應(yīng)變的耦合和相互影響，復(fù)合材料強度破壞準(zhǔn)則基于結(jié)構(gòu)的宏觀破壞，一般來說復(fù)合材料的二次蔡-吳強度破壞準(zhǔn)則較為精確。有興趣的朋友可以參考科學(xué)出版社出版的蔡為侖先生的復(fù)合材料設(shè)計這一本書。 3復(fù)合材料結(jié)構(gòu)剛強度分析 一般說來，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)總是受到空間力的作用，其應(yīng)力分布是三維的，因此，復(fù)合材料結(jié)

26、構(gòu)的剛強度分析一般不宜采用復(fù)合材料的板殼理論（這種理論僅考慮板殼面內(nèi)的應(yīng)力和橫向剪切應(yīng)力，而忽略法向應(yīng)力），同時，對于簡單的結(jié)構(gòu)（如板、殼），可以得到彈性力學(xué)的一般解，而對于大多數(shù)結(jié)構(gòu)來說，則必須用數(shù)值的方法計算，三維有限元分析是最常用的方法。采用ansys程序?qū)?fù)合材料進行剛強度分析的步驟如下： （1）建立結(jié)構(gòu)的幾何模型 由于復(fù)合材料分析單元一般都是六面體單元，因此，在建立幾何時要特別考慮到網(wǎng)格劃分的方便。 （2）建立材料模型 根據(jù)復(fù)合材料材料參數(shù)建立單向復(fù)合材料材料模型，我所采用的是碳纖維增強復(fù)合材料，有兩種建立方法。 a.若選擇單元為各向異性單元，則根據(jù)單向復(fù)合材料的剛度矩陣或柔度矩陣建

27、立各向異性材料模型； b.若選擇層合單元，則可以建立相關(guān)的材料模型，如單向復(fù)合材料則可以建立正交各向異性材料模型 （3）選擇單元類型并設(shè)置相關(guān)屬性 根據(jù)結(jié)構(gòu)特征和計算要求，選擇不同的單元類型并設(shè)置單元屬性（各種單元的選擇依據(jù)請參考概述篇或ansys幫助文件） （4）網(wǎng)格劃分 在建立的幾何實體上進行網(wǎng)格劃分，對于復(fù)合材料，選擇六面體三維實體單元，定義單元屬性，分別指定不同的材料屬性，并保證材料坐標(biāo)一致，運用有限元網(wǎng)格生成器進行網(wǎng)格劃分。（5）定義邊界條件 根據(jù)實際情況定義邊界條件。 （6）分析設(shè)定并提交計算 設(shè)定分析類型及相關(guān)一些參數(shù) （7）結(jié)果后處理 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的分析結(jié)果在進行后處理時，非常

28、重要的一點是選擇合適的并與計算時所用的坐標(biāo)一致的結(jié)果坐標(biāo)系，如對于回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)選擇計算時的柱坐標(biāo)。另外，對于用各向異性單元（solid64）來模擬的計算結(jié)果在結(jié)果處理時必須保證應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的一致，主要是在不同種復(fù)合材料層間或者同一種復(fù)合材料不同鋪層方向的層之間界面的應(yīng)力應(yīng)變情況，ansys后處理中所得到的結(jié)果不完全是正確的，應(yīng)該根據(jù)法向應(yīng)力聯(lián)系，面內(nèi)應(yīng)變連續(xù)的準(zhǔn)則來進行處理。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析總結(jié)（四）優(yōu)化篇與傳統(tǒng)材料相比，復(fù)合材料具有可設(shè)計性，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的多層次性為復(fù)合材料及其結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來了極大的靈活性，復(fù)合材料的力學(xué)性能和機械性能，都可按照結(jié)構(gòu)的使用要求和環(huán)境條件要求，通過組分材料的選擇匹配

29、、鋪層設(shè)計及界面控制等材料設(shè)計手段，最大限度的達到預(yù)期目的，以滿足工程設(shè)備的使用性能，因此，在工程實踐中對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計有很重要的現(xiàn)實意義，下面以我所研究的復(fù)合材料壓力容器為例，將復(fù)合材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及在ansys下的實現(xiàn)過程給大家作一個介紹。1 問題描述本文所涉及的復(fù)合材料壓力容器是帶有金屬內(nèi)膽外纏碳纖維增強復(fù)合材料的復(fù)合容器，優(yōu)化問題是：以金屬內(nèi)膽壁厚、復(fù)合材料各纏繞層厚度和纏繞角為設(shè)計變量，在滿足壓力容器強度（金屬內(nèi)膽層和復(fù)合材料層均滿足強度要求）和重量要求的條件下，使壓力容器的剛度最大。2 優(yōu)化模型根據(jù)纖維增強復(fù)合材料特性，壓力容器環(huán)向纏繞復(fù)合材料有利于提高容器剛度，軸向平鋪復(fù)合材料有利于提高容器剛度，因此，模型采用3種纏繞角的方案，即靠近金屬內(nèi)膽為環(huán)向（90度）纏繞，中間為纏繞，外部為軸向平鋪（0度），