結(jié)構(gòu)力學(xué)仿真軟件：Strand7：復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析與Strand7應(yīng)用

結(jié)構(gòu)力學(xué)仿真軟件：Strand7：復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析與Strand7應(yīng)用1緒論1.1Strand7軟件簡(jiǎn)介Strand7是一款功能強(qiáng)大的結(jié)構(gòu)力學(xué)仿真軟件，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、建筑和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析等領(lǐng)域。它提供了全面的分析工具，包括線性、非線性、動(dòng)態(tài)、熱力學(xué)和疲勞分析，能夠處理復(fù)雜的工程問題。Strand7的用戶界面友好，支持多種網(wǎng)格生成和后處理功能，使得工程師能夠高效地進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化。1.2復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析的重要性復(fù)合材料因其輕質(zhì)、高強(qiáng)度和高剛度的特性，在現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)中占據(jù)重要地位。然而，復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)分析比傳統(tǒng)金屬材料更為復(fù)雜，因?yàn)槠湫阅茉诓煌较蛏峡赡苡泻艽蟛町?。Strand7通過其先進(jìn)的復(fù)合材料模塊，能夠精確模擬復(fù)合材料的層合板結(jié)構(gòu)，考慮材料的各向異性，進(jìn)行應(yīng)力、應(yīng)變和損傷分析，幫助工程師預(yù)測(cè)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在實(shí)際載荷下的行為，確保設(shè)計(jì)的安全性和可靠性。2示例：復(fù)合材料層合板的線性靜態(tài)分析2.1目標(biāo)本示例將演示如何使用Strand7進(jìn)行復(fù)合材料層合板的線性靜態(tài)分析，以評(píng)估在特定載荷作用下結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和應(yīng)變分布。2.2數(shù)據(jù)準(zhǔn)備假設(shè)我們有一個(gè)由四層不同復(fù)合材料組成的層合板，每層厚度為0.5mm，尺寸為100mmx100mm。層合板的材料屬性如下：層1：E1=120GPa,E2=10GPa,ν12=0.3,G12=5GPa層2：E1=130GPa,E2=12GPa,ν12=0.25,G12=6GPa層3：E1=140GPa,E2=14GPa,ν12=0.2,G12=7GPa層4：E1=150GPa,E2=16GPa,ν12=0.15,G12=8GPa層合板的鋪層順序?yàn)?°,90°,0°,90°。2.3操作步驟創(chuàng)建模型：在Strand7中，首先創(chuàng)建一個(gè)100mmx100mm的矩形，然后根據(jù)每層的厚度分割成四層。定義材料屬性：為每一層定義上述的材料屬性，包括彈性模量、泊松比和剪切模量。設(shè)置邊界條件：假設(shè)層合板的一邊固定，另一邊施加100N的垂直載荷。運(yùn)行分析：選擇線性靜態(tài)分析，運(yùn)行模型。結(jié)果查看：分析完成后，查看層合板的應(yīng)力和應(yīng)變分布。2.4代碼示例在Strand7中，操作主要通過圖形界面進(jìn)行，但為了演示，我們將使用偽代碼來模擬這一過程：//創(chuàng)建模型

CreateRectangle(100,100)

SplitLayers(4,0.5)

//定義材料屬性

DefineMaterial("Layer1",120e9,10e9,0.3,5e9)

DefineMaterial("Layer2",130e9,12e9,0.25,6e9)

DefineMaterial("Layer3",140e9,14e9,0.2,7e9)

DefineMaterial("Layer4",150e9,16e9,0.15,8e9)

//設(shè)置邊界條件

ApplyBoundaryCondition("Fixed","Edge1")

ApplyLoad("100N","Edge2","Vertical")

//運(yùn)行分析

RunAnalysis("LinearStatic")

//查看結(jié)果

ViewResults("Stress","Strain")2.4.1說明CreateRectangle和SplitLayers函數(shù)用于創(chuàng)建模型并根據(jù)層厚進(jìn)行分割。DefineMaterial函數(shù)用于定義每一層的材料屬性，包括彈性模量、泊松比和剪切模量。ApplyBoundaryCondition和ApplyLoad函數(shù)用于設(shè)置邊界條件和載荷。RunAnalysis函數(shù)用于運(yùn)行線性靜態(tài)分析。ViewResults函數(shù)用于查看分析結(jié)果，包括應(yīng)力和應(yīng)變分布。通過以上步驟，工程師可以使用Strand7軟件精確地分析復(fù)合材料層合板在特定載荷下的行為，為設(shè)計(jì)提供關(guān)鍵的力學(xué)數(shù)據(jù)支持。3Strand7基礎(chǔ)操作3.1軟件界面介紹在啟動(dòng)Strand7后，用戶將面對(duì)一個(gè)直觀的界面，分為幾個(gè)主要區(qū)域：菜單欄：位于窗口頂部，提供文件、編輯、視圖、分析、工具等選項(xiàng)。工具欄：包含常用功能的快捷按鈕，如創(chuàng)建、編輯、分析等。模型樹：左側(cè)的模型樹顯示了當(dāng)前模型的結(jié)構(gòu)，包括節(jié)點(diǎn)、元素、材料、載荷等。圖形窗口：占據(jù)界面中心，用于顯示和操作模型。狀態(tài)欄：位于窗口底部，顯示當(dāng)前操作狀態(tài)和提示信息。3.2基本建模流程Strand7的建模流程通常包括以下步驟：創(chuàng)建模型：首先定義模型的幾何形狀，這可以通過導(dǎo)入CAD模型或在軟件中直接創(chuàng)建。定義材料：為模型的不同部分指定材料屬性，如彈性模量、泊松比等。劃分網(wǎng)格：將模型劃分為多個(gè)小的單元，以便進(jìn)行有限元分析。施加載荷：在模型上施加力、壓力、溫度等載荷。設(shè)置邊界條件：定義模型的約束，如固定端、滑動(dòng)面等。運(yùn)行分析：選擇合適的分析類型，如線性靜力分析、模態(tài)分析等，然后運(yùn)行分析。查看結(jié)果：分析完成后，可以查看應(yīng)力、應(yīng)變、位移等結(jié)果。3.2.1示例：創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的梁模型#Strand7PythonAPI示例

#創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的梁模型

#導(dǎo)入Strand7PythonAPI

importstrand7

#創(chuàng)建一個(gè)新的模型

model=strand7.Model()

#定義材料屬性

material=model.Materials.Add()

material.Name="Steel"

material.Type=strand7.MaterialType.Isotropic

material.E=200e3#彈性模量，單位MPa

material.Nu=0.3#泊松比

#創(chuàng)建梁的幾何形狀

node1=model.Nodes.Add(0,0,0)

node2=model.Nodes.Add(1000,0,0)

beam=model.Elements.AddBeam(node1,node2)

beam.Material=material

#劃分網(wǎng)格

model.Meshing.SetBeamMeshSize(beam,100)

#施加載荷

load=model.Loads.Add()

load.Type=strand7.LoadType.Point

load.Node=node2

load.Fz=-1000#在節(jié)點(diǎn)2上施加垂直向下的力，單位N

#設(shè)置邊界條件

support=model.Supports.Add()

support.Node=node1

support.Rx=True

support.Ry=True

support.Rz=True

support.Tx=True

support.Ty=True

support.Tz=True

#運(yùn)行分析

model.Analysis.Add()

model.Analysis.Run()

#查看結(jié)果

results=model.Results

print("最大位移：",results.GetMaxDisplacement())3.3網(wǎng)格劃分技巧網(wǎng)格劃分是有限元分析中的關(guān)鍵步驟，正確的網(wǎng)格劃分可以提高分析的準(zhǔn)確性和效率。以下是一些網(wǎng)格劃分的技巧：細(xì)化關(guān)鍵區(qū)域：在應(yīng)力集中或變形較大的區(qū)域，使用更細(xì)的網(wǎng)格。保持網(wǎng)格一致性：確保相鄰區(qū)域的網(wǎng)格大小相匹配，避免網(wǎng)格尺寸的突變。使用合適的網(wǎng)格類型：根據(jù)模型的幾何形狀和分析類型選擇合適的網(wǎng)格類型，如四面體、六面體等。檢查網(wǎng)格質(zhì)量：分析前檢查網(wǎng)格質(zhì)量，確保沒有扭曲或重疊的單元。3.3.1示例：使用Strand7進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化#Strand7PythonAPI示例

#對(duì)梁的中間區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化

#導(dǎo)入Strand7PythonAPI

importstrand7

#創(chuàng)建模型和梁

model=strand7.Model()

node1=model.Nodes.Add(0,0,0)

node2=model.Nodes.Add(1000,0,0)

beam=model.Elements.AddBeam(node1,node2)

#劃分網(wǎng)格

model.Meshing.SetBeamMeshSize(beam,100)

#網(wǎng)格細(xì)化

#選擇梁的中間節(jié)點(diǎn)

middle_node=model.Nodes.GetByPosition(500,0,0)

#在中間節(jié)點(diǎn)周圍細(xì)化網(wǎng)格

model.Meshing.SetBeamMeshSize(middle_node,50)

#運(yùn)行分析

model.Analysis.Add()

model.Analysis.Run()

#查看結(jié)果

results=model.Results

print("中間節(jié)點(diǎn)位移：",results.GetDisplacement(middle_node))以上示例展示了如何使用Strand7的PythonAPI創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的梁模型，定義材料屬性，施加載荷，設(shè)置邊界條件，運(yùn)行分析，并查看結(jié)果。同時(shí)，也展示了如何對(duì)模型的特定區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化，以提高分析的準(zhǔn)確性。4復(fù)合材料建模4.1復(fù)合材料層合板定義復(fù)合材料層合板是由多層不同方向的纖維增強(qiáng)材料層疊而成的結(jié)構(gòu)。在Strand7中，定義復(fù)合材料層合板需要指定每一層的材料屬性、厚度以及纖維方向。這可以通過Strand7的圖形用戶界面或使用腳本語言來實(shí)現(xiàn)。4.1.1材料屬性輸入在Strand7中，材料屬性的輸入是通過定義材料模型來完成的。對(duì)于復(fù)合材料，通常需要輸入各向異性材料屬性，包括彈性模量、泊松比和剪切模量。這些屬性可以基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或理論計(jì)算得出。示例：定義復(fù)合材料屬性#定義復(fù)合材料屬性

MaterialDefine(1,"Composite","Isotropic",E1=130000,E2=10000,E3=10000,

nu12=0.25,nu13=0.25,nu23=0.45,

G12=5000,G13=5000,G23=2500)在上述代碼中，MaterialDefine函數(shù)用于定義材料屬性。參數(shù)1表示材料ID，"Composite"表示材料類型，"Isotropic"表示材料屬性模型（此處為各向異性），E1,E2,E3分別表示沿纖維方向、橫向和豎向的彈性模量，nu12,nu13,nu23表示泊松比，G12,G13,G23表示剪切模量。4.1.2層合板鋪層設(shè)計(jì)復(fù)合材料層合板的鋪層設(shè)計(jì)是其強(qiáng)度和剛度的關(guān)鍵。每一層的纖維方向和厚度都會(huì)影響層合板的整體性能。Strand7提供了工具來定義和優(yōu)化層合板的鋪層。示例：創(chuàng)建復(fù)合材料層合板#創(chuàng)建復(fù)合材料層合板

LayerDefine(1,MaterialID=1,Thickness=0.125,Orientation=0)

LayerDefine(2,MaterialID=1,Thickness=0.125,Orientation=90)

LayerDefine(3,MaterialID=1,Thickness=0.125,Orientation=0)

LayerDefine(4,MaterialID=1,Thickness=0.125,Orientation=90)

#定義層合板

LaminateDefine(1,Layers=[1,2,3,4])在代碼中，LayerDefine函數(shù)用于定義每一層的屬性，包括材料ID、厚度和纖維方向。LaminateDefine函數(shù)則用于將這些層組合成一個(gè)層合板。4.2復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析涉及評(píng)估結(jié)構(gòu)在各種載荷條件下的響應(yīng)，包括應(yīng)力、應(yīng)變和位移。Strand7提供了多種分析類型，如線性靜態(tài)分析、非線性分析和模態(tài)分析，以滿足不同的工程需求。4.2.1示例：進(jìn)行線性靜態(tài)分析#設(shè)置分析類型為線性靜態(tài)分析

AnalysisDefine(1,"LinearStatic")

#應(yīng)用載荷

LoadDefine(1,"Force",Direction=[0,0,-1000],Location=[0,0,0])

#運(yùn)行分析

AnalysisRun(1)在上述代碼中，AnalysisDefine函數(shù)用于設(shè)置分析類型，LoadDefine函數(shù)用于定義載荷，AnalysisRun函數(shù)用于運(yùn)行分析。通過這些步驟，可以評(píng)估復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在特定載荷下的響應(yīng)。4.3Strand7應(yīng)用Strand7在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用廣泛，包括航空航天、汽車、風(fēng)能和體育用品等行業(yè)。它能夠處理復(fù)雜的幾何形狀和載荷條件，提供準(zhǔn)確的分析結(jié)果。4.3.1示例：分析復(fù)合材料機(jī)翼#導(dǎo)入機(jī)翼模型

ModelImport("WingModel.str")

#定義復(fù)合材料屬性和層合板

#（此處省略，參考上述示例）

#設(shè)置分析類型

AnalysisDefine(1,"LinearStatic")

#應(yīng)用載荷和邊界條件

LoadDefine(1,"Force",Direction=[0,0,-1000],Location=[0,0,0])

BoundaryDefine(1,"Fixed",Location=[0,0,0])

#運(yùn)行分析

AnalysisRun(1)

#輸出結(jié)果

ResultExport("WingResults.csv")在本例中，首先導(dǎo)入了一個(gè)機(jī)翼模型，然后定義了復(fù)合材料屬性和層合板，設(shè)置了線性靜態(tài)分析類型，應(yīng)用了載荷和邊界條件，最后運(yùn)行分析并導(dǎo)出了結(jié)果。這展示了Strand7在實(shí)際工程問題中的應(yīng)用流程。以上內(nèi)容詳細(xì)介紹了在Strand7中進(jìn)行復(fù)合材料建模和結(jié)構(gòu)分析的基本步驟，包括材料屬性輸入、層合板鋪層設(shè)計(jì)以及分析復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的具體操作。通過這些示例，可以更好地理解如何在Strand7中處理復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的工程問題。5載荷與邊界條件5.1載荷類型及應(yīng)用在結(jié)構(gòu)力學(xué)仿真軟件Strand7中，載荷的施加是模擬結(jié)構(gòu)在實(shí)際工作條件下行為的關(guān)鍵步驟。載荷可以是靜態(tài)的，也可以是動(dòng)態(tài)的，包括但不限于力、壓力、溫度變化、加速度等。下面，我們將通過一個(gè)具體的例子來說明如何在Strand7中施加不同類型的載荷。5.1.1力載荷力載荷是最常見的載荷類型，可以直接作用在結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)或面上。例如，假設(shè)我們有一個(gè)簡(jiǎn)單的梁模型，需要在梁的一端施加一個(gè)垂直向下的力。-創(chuàng)建一個(gè)梁模型，包含兩個(gè)節(jié)點(diǎn)和一個(gè)梁?jiǎn)卧?/p>

-選擇節(jié)點(diǎn)1，施加垂直向下的力載荷。5.1.2壓力載荷壓力載荷通常作用在結(jié)構(gòu)的面上，如容器壁或管道內(nèi)壁。例如，對(duì)于一個(gè)圓柱形容器，我們可以施加內(nèi)部壓力來模擬其在工作狀態(tài)下的受力情況。-創(chuàng)建一個(gè)圓柱形容器模型，包含內(nèi)外表面。

-選擇內(nèi)表面，施加均勻的壓力載荷。5.1.3溫度載荷溫度變化可以引起結(jié)構(gòu)的熱膨脹或收縮，從而產(chǎn)生應(yīng)力。例如，一個(gè)橋梁在晝夜溫差下的熱應(yīng)力分析。-創(chuàng)建橋梁模型，考慮其材料的熱膨脹系數(shù)。

-施加溫度載荷，模擬晝夜溫差。5.1.4加速度載荷加速度載荷常用于動(dòng)態(tài)分析，如地震或飛行器的加速度效應(yīng)。例如，模擬一個(gè)結(jié)構(gòu)在地震作用下的響應(yīng)。-創(chuàng)建結(jié)構(gòu)模型，包括地面和結(jié)構(gòu)體。

-施加地面加速度載荷，進(jìn)行地震響應(yīng)分析。5.2邊界條件設(shè)置邊界條件定義了結(jié)構(gòu)的約束，是結(jié)構(gòu)分析中不可或缺的一部分。Strand7提供了多種邊界條件設(shè)置，包括固定約束、滑動(dòng)約束、鉸鏈約束等。5.2.1固定約束固定約束意味著結(jié)構(gòu)在該點(diǎn)不能移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)。例如，將梁的一端固定。-選擇梁的一端節(jié)點(diǎn)。

-應(yīng)用固定約束，限制所有自由度。5.2.2滑動(dòng)約束滑動(dòng)約束允許結(jié)構(gòu)在某個(gè)方向上移動(dòng)，但在垂直方向上固定。例如，模擬梁在滑動(dòng)支座上的行為。-選擇梁的支座節(jié)點(diǎn)。

-應(yīng)用滑動(dòng)約束，僅允許沿水平方向移動(dòng)。5.2.3鉸鏈約束鉸鏈約束允許結(jié)構(gòu)繞一個(gè)軸旋轉(zhuǎn)，但限制了其他方向的移動(dòng)。例如，模擬門或窗的鉸鏈。-選擇門或窗的鉸鏈節(jié)點(diǎn)。

-應(yīng)用鉸鏈約束，允許繞垂直軸旋轉(zhuǎn)。5.3復(fù)合材料特殊載荷考慮復(fù)合材料因其獨(dú)特的性能，在許多工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在Strand7中分析復(fù)合材料結(jié)構(gòu)時(shí)，需要特別考慮其對(duì)載荷的響應(yīng)特性。5.3.1層間載荷復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中的層間載荷是由于不同層材料的性能差異引起的。例如，分析復(fù)合材料板在層間剪切載荷下的行為。-創(chuàng)建復(fù)合材料板模型，包含多層不同材料。

-施加層間剪切載荷，觀察各層的應(yīng)力分布。5.3.2環(huán)境載荷復(fù)合材料對(duì)環(huán)境載荷的響應(yīng)可能與傳統(tǒng)材料不同，如濕度、紫外線等。例如，模擬復(fù)合材料在高濕度環(huán)境下的性能變化。-創(chuàng)建復(fù)合材料結(jié)構(gòu)模型。

-施加濕度載荷，分析其對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響。5.3.3疲勞載荷復(fù)合材料的疲勞特性與金屬材料有顯著差異。在進(jìn)行疲勞分析時(shí)，需要考慮復(fù)合材料的疲勞載荷。-創(chuàng)建復(fù)合材料結(jié)構(gòu)模型，如風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片。

-施加周期性載荷，模擬實(shí)際工作條件下的疲勞效應(yīng)。5.3.4示例：復(fù)合材料梁的層間剪切載荷分析假設(shè)我們有一個(gè)由兩層不同復(fù)合材料組成的梁，需要分析在層間剪切載荷下的應(yīng)力分布。1.在Strand7中創(chuàng)建一個(gè)復(fù)合材料梁模型，包含兩層材料。

2.設(shè)置材料屬性，包括彈性模量、泊松比和剪切模量。

3.施加層間剪切載荷，例如在兩層材料的界面處施加剪切力。

4.運(yùn)行分析，觀察并記錄各層的應(yīng)力分布。

5.分析結(jié)果，評(píng)估層間剪切載荷對(duì)復(fù)合材料梁性能的影響。通過以上步驟，我們可以深入了解復(fù)合材料梁在層間剪切載荷下的行為，為設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供重要參考。6求解與后處理6.1求解器設(shè)置在進(jìn)行復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析時(shí)，正確設(shè)置求解器是確保分析結(jié)果準(zhǔn)確性的關(guān)鍵步驟。Strand7提供了多種求解器選項(xiàng)，包括線性、非線性、模態(tài)分析等，以適應(yīng)不同的分析需求。6.1.1線性求解器設(shè)置示例-打開Strand7軟件，進(jìn)入“Analysis”菜單。

-選擇“SolverSettings”，在彈出的對(duì)話框中選擇“Linear”作為求解器類型。

-設(shè)置求解精度，通常情況下，保持默認(rèn)設(shè)置即可滿足大多數(shù)工程需求。

-確認(rèn)求解器設(shè)置后，點(diǎn)擊“OK”保存設(shè)置。6.1.2非線性求解器設(shè)置示例-在“SolverSettings”對(duì)話框中，選擇“Nonlinear”作為求解器類型。

-配置非線性求解參數(shù)，如最大迭代次數(shù)、收斂準(zhǔn)則等。

-選擇“Incremental”分析，以控制加載步長(zhǎng)，確保分析過程的穩(wěn)定性。

-點(diǎn)擊“OK”保存非線性求解器設(shè)置。6.2結(jié)果可視化Strand7的后處理功能強(qiáng)大，能夠直觀地展示分析結(jié)果，幫助工程師理解結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。6.2.1應(yīng)力云圖可視化-分析完成后，進(jìn)入“Post-Processor”模塊。

-選擇“Stress”選項(xiàng)，然后選擇“ContourPlot”。

-在彈出的對(duì)話框中，選擇要顯示的應(yīng)力類型，如“vonMisesStress”。

-調(diào)整顏色條范圍，以更好地展示應(yīng)力分布。

-點(diǎn)擊“Plot”，在模型上顯示應(yīng)力云圖。6.2.2應(yīng)變可視化-在“Post-Processor”中，選擇“Strain”選項(xiàng)。

-選擇“ContourPlot”或“VectorPlot”來顯示應(yīng)變分布或應(yīng)變矢量。

-選擇應(yīng)變類型，如“TotalStrain”或“PlasticStrain”。

-調(diào)整顯示參數(shù)，如顏色條、矢量長(zhǎng)度等。

-點(diǎn)擊“Plot”，查看應(yīng)變結(jié)果。6.3應(yīng)力應(yīng)變分析復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變分析是評(píng)估其性能和安全性的核心。Strand7提供了詳細(xì)的分析工具，可以計(jì)算和分析復(fù)合材料在不同載荷條件下的應(yīng)力和應(yīng)變。6.3.1應(yīng)力分析在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中，應(yīng)力分析通常關(guān)注于復(fù)合層的應(yīng)力分布，以及可能的失效模式。Strand7通過以下步驟進(jìn)行應(yīng)力分析：-確保模型中正確定義了復(fù)合材料屬性。

-應(yīng)用載荷和邊界條件。

-運(yùn)行分析，選擇適當(dāng)?shù)那蠼馄鳌?/p>

-在后處理中，選擇“Stress”選項(xiàng)，查看vonMises應(yīng)力、主應(yīng)力等。6.3.2應(yīng)變分析應(yīng)變分析對(duì)于理解復(fù)合材料的變形行為至關(guān)重要。Strand7的應(yīng)變分析步驟如下：-在模型中定義應(yīng)變測(cè)量點(diǎn)或區(qū)域。

-運(yùn)行分析，獲取結(jié)構(gòu)在載荷下的變形數(shù)據(jù)。

-進(jìn)入“Post-Processor”，選擇“Strain”選項(xiàng)。

-選擇“ContourPlot”或“VectorPlot”來可視化應(yīng)變分布。

-分析應(yīng)變結(jié)果，確保復(fù)合材料在設(shè)計(jì)載荷下不會(huì)發(fā)生過大的變形。6.3.3復(fù)合材料失效分析Strand7還提供了復(fù)合材料失效準(zhǔn)則分析，如Tsai-Wu準(zhǔn)則、MaxStress準(zhǔn)則等，用于評(píng)估復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的安全性。-在材料屬性中，選擇復(fù)合材料失效準(zhǔn)則。

-運(yùn)行分析，Strand7將自動(dòng)計(jì)算每個(gè)復(fù)合層的失效指數(shù)。

-在后處理中，選擇“Failure”選項(xiàng)，查看失效指數(shù)云圖。

-分析失效指數(shù)，確保所有復(fù)合層的失效指數(shù)低于1，以避免結(jié)構(gòu)失效。通過以上步驟，工程師可以利用Strand7進(jìn)行復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的求解設(shè)置、結(jié)果可視化和應(yīng)力應(yīng)變分析，從而全面評(píng)估結(jié)構(gòu)的性能和安全性。7高級(jí)分析技術(shù)7.1非線性分析非線性分析是結(jié)構(gòu)力學(xué)仿真中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，用于處理結(jié)構(gòu)在大變形、材料非線性、接觸非線性等條件下的行為。在Strand7中，非線性分析可以通過設(shè)置非線性求解器來實(shí)現(xiàn)，這包括幾何非線性、材料非線性和接觸非線性。7.1.1幾何非線性幾何非線性分析考慮了結(jié)構(gòu)在大變形下的幾何變化，這對(duì)于分析橋梁、塔架等大型結(jié)構(gòu)尤為重要。在Strand7中，可以通過選擇“大位移”選項(xiàng)來激活幾何非線性。7.1.2材料非線性材料非線性分析考慮了材料在應(yīng)力超過其彈性極限后的非線性行為，如塑性、蠕變、超彈性等。Strand7提供了多種材料模型，如Bilinear、Mooney-Rivlin等，以適應(yīng)不同的非線性材料特性。7.1.3接觸非線性接觸非線性分析處理了結(jié)構(gòu)部件之間的接觸問題，如摩擦、間隙、滑移等。Strand7的接觸分析功能可以模擬復(fù)雜的接觸行為，確保分析的準(zhǔn)確性。7.1.4示例代碼#Strand7非線性分析示例

#創(chuàng)建一個(gè)非線性分析案例

#導(dǎo)入Strand7PythonAPI

importstrand7

#創(chuàng)建一個(gè)新的模型

model=strand7.Model()

#設(shè)置材料屬性

material=model.Materials.Add()

material.Type=strand7.MaterialType.Isotropic

material.Elastic.Modulus=200e9#彈性模量

material.Elastic.Poisson=0.3#泊松比

material.Plastic.FlowStress=300e6#塑性屈服應(yīng)力

#創(chuàng)建幾何體

part=model.Parts.Add()

part.CreateBox(1000,1000,1000)

#應(yīng)用材料

part.Material=material

#設(shè)置非線性求解器

analysis=model.Analyses.Add()

analysis.Type=strand7.AnalysisType.Nonlinear

analysis.Nonlinear.Solver=strand7.NonlinearSolver.ArcLength

#運(yùn)行分析

model.RunAnalysis(analysis)7.2模態(tài)分析模態(tài)分析用于確定結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型，這對(duì)于預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)在動(dòng)態(tài)載荷下的響應(yīng)至關(guān)重要。Strand7提供了模態(tài)分析功能，可以計(jì)算結(jié)構(gòu)的前幾階固有頻率和振型。7.2.1示例代碼#Strand7模態(tài)分析示例

#計(jì)算結(jié)構(gòu)的前5階固有頻率

#導(dǎo)入Strand7PythonAPI

importstrand7

#創(chuàng)建一個(gè)新的模型

model=strand7.Model()

#設(shè)置材料屬性

material=model.Materials.Add()

material.Type=strand7.MaterialType.Isotropic

material.Elastic.Modulus=200e9#彈性模量

material.Elastic.Poisson=0.3#泊松比

#創(chuàng)建幾何體

part=model.Parts.Add()

part.CreateCylinder(500,1000)

#應(yīng)用材料

part.Material=material

#設(shè)置模態(tài)分析

analysis=model.Analyses.Add()

analysis.Type=strand7.AnalysisType.Modal

analysis.Modal.NumberOfModes=5

#運(yùn)行分析

model.RunAnalysis(analysis)

#獲取模態(tài)結(jié)果

frequencies=analysis.Modal.Frequencies

modes=analysis.Modal.ModeShapes7.3疲勞分析疲勞分析用于評(píng)估結(jié)構(gòu)在重復(fù)載荷作用下的壽命，這對(duì)于預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期性能和安全性至關(guān)重要。Strand7的疲勞分析功能可以基于S-N曲線和雨流計(jì)數(shù)算法來計(jì)算結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。7.3.1示例代碼#Strand7疲勞分析示例

#計(jì)算結(jié)構(gòu)在給定載荷循環(huán)下的疲勞壽命

#導(dǎo)入Strand7PythonAPI

importstrand7

#創(chuàng)建一個(gè)新的模型

model=strand7.Model()

#設(shè)置材料屬性

material=model.Materials.Add()

material.Type=strand7.MaterialType.Isotropic

material.Elastic.Modulus=200e9#彈性模量

material.Elastic.Poisson=0.3#泊松比

material.Fatigue.SNCurve=strand7.SNCurve.Linear(1e6,100e6)#設(shè)置S-N曲線

#創(chuàng)建幾何體

part=model.Parts.Add()

part.CreatePlate(1000,1000,10)

#應(yīng)用材料

part.Material=material

#設(shè)置載荷循環(huán)

load_case=model.LoadCases.Add()

load_case.Type=strand7.LoadCaseType.Fatigue

load_case.Fatigue.Cycles=[10000,20000,30000]#載荷循環(huán)次數(shù)

load_case.Fatigue.Stresses=[100e6,200e6,300e6]#對(duì)應(yīng)應(yīng)力

#設(shè)置疲勞分析

analysis=model.Analyses.Add()

analysis.Type=strand7.AnalysisType.Fatigue

analysis.Fatigue.LoadCase=load_case

#運(yùn)行分析

model.RunAnalysis(analysis)

#獲取疲勞壽命

life=analysis.Fatigue.Life以上示例代碼展示了如何在Strand7中設(shè)置和運(yùn)行非線性分析、模態(tài)分析和疲勞分析。通過這些分析，可以深入理解結(jié)構(gòu)在復(fù)雜條件下的行為，為設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供關(guān)鍵信息。8復(fù)合材料梁的彎曲分析8.1引言復(fù)合材料因其高比強(qiáng)度和比剛度，在航空航天、汽車、建筑等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。Strand7軟件提供了強(qiáng)大的工具來分析復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的彎曲行為，通過考慮材料的各向異性，可以精確預(yù)測(cè)復(fù)合材料梁在不同載荷下的響應(yīng)。8.2理論基礎(chǔ)8.2.1彎曲理論復(fù)合材料梁的彎曲分析基于經(jīng)典梁理論（CLT）或?qū)雍狭豪碚摚↙MT）。CLT適用于薄層合板，而LMT則更適用于厚層合板，能夠更準(zhǔn)確地考慮層間應(yīng)力。8.2.2材料屬性復(fù)合材料的材料屬性包括彈性模量、泊松比和剪切模量，這些屬性在不同方向上可能不同，體現(xiàn)了復(fù)合材料的各向異性。8.3Strand7應(yīng)用在Strand7中，復(fù)合材料梁的彎曲分析可以通過以下步驟進(jìn)行：建立模型：定義梁的幾何形狀和層合結(jié)構(gòu)。材料屬性輸入：為每一層輸入相應(yīng)的材料屬性。施加載荷：應(yīng)用外部載荷，如力或力矩。求解與后處理：運(yùn)行分析，查看應(yīng)力、應(yīng)變和位移結(jié)果。8.3.1示例假設(shè)我們有一根由兩層不同復(fù)合材料組成的梁，長(zhǎng)度為1米，寬度為0.1米，厚度為0.01米。第一層材料的彈性模量為100GPa，泊松比為0.3，厚度為0.005米；第二層材料的彈性模量為150GPa，泊松比為0.25，厚度為0.005米。梁的一端固定，另一端受到垂直向下的力100N。#在Strand7中建立復(fù)合材料梁模型

##步驟1:創(chuàng)建模型

-定義梁的幾何尺寸：長(zhǎng)度1米，寬度0.1米，厚度0.01米。

-創(chuàng)建兩層復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，第一層和第二層分別設(shè)置材料屬性。

##步驟2:材料屬性輸入

-第一層材料屬性：彈性模量100GPa，泊松比0.3。

-第二層材料屬性：彈性模量150GPa，泊松比0.25。

##步驟3:施加載荷

-在梁的一端設(shè)置固定約束。

-在另一端施加垂直向下的力100N。

##步驟4:求解與后處理

-運(yùn)行靜態(tài)分析。

-查看梁的彎曲變形、應(yīng)力分布和應(yīng)變情況。8.4結(jié)果分析通過Strand7的后處理功能，可以詳細(xì)分析梁的彎曲變形、各層的應(yīng)力分布和應(yīng)變情況，為設(shè)計(jì)提供重要參考。8.5注意事項(xiàng)確保模型的網(wǎng)格劃分足夠精細(xì)，以準(zhǔn)確捕捉復(fù)合材料的層間效應(yīng)?？紤]復(fù)合材料的損傷模型，以評(píng)估結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期性能。9復(fù)合材料板的屈曲分析9.1引言復(fù)合材料板在承受壓縮載荷時(shí)，可能會(huì)發(fā)生屈曲現(xiàn)象，這是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要特別關(guān)注的問題。Strand7提供了屈曲分析功能，幫助工程師預(yù)測(cè)復(fù)合材料板的屈曲載荷和模式。9.2理論基礎(chǔ)9.2.1屈曲理論屈曲分析基于線性屈曲理論或非線性屈曲理論。線性屈曲理論適用于初始缺陷較小的情況，而非線性屈曲理論則能考慮初始缺陷和大變形的影響。9.2.2材料屬性復(fù)合材料板的材料屬性同樣包括彈性模量、泊松比和剪切模量，這些屬性在不同方向上可能不同。9.3Strand7應(yīng)用復(fù)合材料板的屈曲分析在Strand7中可以通過以下步驟進(jìn)行：建立模型：定義板的幾何形狀和層合結(jié)構(gòu)。材料屬性輸入：為每一層輸入相應(yīng)的材料屬性。施加載荷：應(yīng)用壓縮載荷。求解與后處理：運(yùn)行屈曲分析，查看屈曲載荷和模式。9.3.1示例假設(shè)我們有一塊由三層相同復(fù)合材料組成的板，尺寸為1米x1米，厚度為0.003米。材料的彈性模量為120GPa，泊松比為0.3，剪切模量為45GPa。板的四邊固定，承受均勻的壓縮載荷。#在Strand7中建立復(fù)合材料板模型

##步驟1:創(chuàng)建模型

-定義板的幾何尺寸：1米x1米，厚度0.003米。

-創(chuàng)建三層復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，每層厚度為0.001米。

##步驟2:材料屬性輸入

-材料屬性：彈性模量120GPa，泊松比0.3，剪切模量45GPa。

##步驟3:施加載荷

-在板的四邊設(shè)置固定約束。

-應(yīng)用均勻的壓縮載荷。

##步驟4:求解與后處理

-運(yùn)行屈曲分析。

-查看屈曲載荷和屈曲模式。9.4結(jié)果分析屈曲分析的結(jié)果可以顯示板的屈曲載荷和屈曲模式，幫助工程師評(píng)估結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。9.5注意事項(xiàng)屈曲分析對(duì)網(wǎng)格劃分的敏感性較高，確保網(wǎng)格足夠精細(xì)?？紤]復(fù)合材料的非線性行為，以獲得更準(zhǔn)確的屈曲預(yù)測(cè)。10復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的沖擊分析10.1引言復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在遭受沖擊時(shí)，可能會(huì)發(fā)生復(fù)雜的損傷和變形。Strand7的沖擊分析功能可以模擬這種動(dòng)態(tài)響應(yīng)，評(píng)估結(jié)構(gòu)的損傷程度。10.2理論基礎(chǔ)10.2.1沖擊理論沖擊分析基于動(dòng)力學(xué)原理，考慮材料的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和損傷模型。10.2.2材料屬性復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)材料屬性，如沖擊韌性、斷裂韌性等，對(duì)于沖擊分析至關(guān)重要。10.3Strand7應(yīng)用復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的沖擊分析在Strand7中可以通過以下步驟進(jìn)行：建立模型：定義結(jié)構(gòu)的幾何形狀和層合結(jié)構(gòu)。材料屬性輸入：為每一層輸入相應(yīng)的動(dòng)態(tài)材料屬性。施加載荷：應(yīng)用沖擊載荷，如高速碰撞或爆炸載荷。求解與后處理：運(yùn)行沖擊分析，查看損傷情況和動(dòng)態(tài)響應(yīng)。10.3.1示例假設(shè)我們有一塊由四層不同復(fù)合材料組成的板，尺寸為1.5米x0.5米，厚度為0.005米。板的一側(cè)受到高速碰撞，速度為10m/s。#在Strand7中建立復(fù)合材料結(jié)構(gòu)模型

##步驟1:創(chuàng)建模型

-定義板的幾何尺寸：1.5米x0.5米，厚度0.005米。

-創(chuàng)建四層復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，每層厚度和材料屬性不同。

##步驟2:材料屬性輸入

-為每一層輸入相應(yīng)的動(dòng)態(tài)材料屬性，如沖擊韌性。

##步驟3:施加載荷

-在板的一側(cè)設(shè)置高速碰撞載荷，速度為10m/s。

##步驟4:求解與后處理

-運(yùn)行動(dòng)態(tài)分析。

-查看損傷情況和動(dòng)態(tài)響應(yīng)。10.4結(jié)果分析沖擊分析的結(jié)果可以顯示結(jié)構(gòu)的損傷程度、變形情況和能量吸收特性，對(duì)于評(píng)估復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性至關(guān)重要。10.5注意事項(xiàng)沖擊分析需要考慮材料的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，確保材料屬性的準(zhǔn)確性。使用足夠的時(shí)間步長(zhǎng)和網(wǎng)格劃分，以捕捉高速碰撞的細(xì)節(jié)?？紤]復(fù)合材料的損傷模型，以評(píng)估結(jié)構(gòu)的損傷程度和修復(fù)需求。11Strand7在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用11.1航空航天結(jié)構(gòu)分析11.1.1原理與內(nèi)容在航空航天領(lǐng)域，復(fù)合材料因其輕質(zhì)、高強(qiáng)度和高剛度的特性而被廣泛使用。Strand7軟件提供了強(qiáng)大的工具來分析這些材料在復(fù)雜載荷條件下的行為。它支持多種復(fù)合材料模型，包括層壓板、纖維增強(qiáng)塑料和金屬基復(fù)合材料，能夠進(jìn)行線性和非線性分析，考慮材料的各向異性。示例：層壓復(fù)合材料的航空航天翼梁分析#示例代碼：使用Strand7進(jìn)行航空航天翼梁的復(fù)合材料分析

#導(dǎo)入Strand7PythonAPI

importstrand7

#創(chuàng)建一個(gè)新的Strand7模型

model=strand7.Model()

#定義復(fù)合材料層壓板屬性

#層1：碳纖維增強(qiáng)塑料，厚度0.5mm

#層2：玻璃纖維增強(qiáng)塑料，厚度1.0mm

#層3：碳纖維增強(qiáng)塑料，厚度0.5mm

composite_properties=[

{'material':'CFRP','thickness':0.5},

{'material':'GFRP','thickness':1.0},

{'material':'CFRP','thickness':0.5}

]

#定義翼梁的幾何形狀和網(wǎng)格

#假設(shè)翼梁長(zhǎng)度為10m，寬度為1m，高度為0.5m

#使用四邊形網(wǎng)格劃分

wing_beam_geometry=strand7.Geometry(length=10,width=1,height=0.5)

wing_beam_mesh=wing_beam_geometry.quad_mesh()

#將復(fù)合材料屬性應(yīng)用到翼梁網(wǎng)格

fori,propinenumerate(composite_properties):

model.add_layer(wing_beam_mesh,prop['material'],prop['thickness'])

#定義載荷和邊界條件

#在翼梁的一端施加固定約束

#在另一端施加垂直向下的力，模擬飛行中的氣動(dòng)載荷

model.add_constraint('fixed',wing_beam_mesh[0])

model.add_load('aerodynamic',wing_beam_mesh[-1],force=[0,-10000,0])

#進(jìn)行線性靜態(tài)分析

analysis=strand7.LinearStaticAnalysis(model)

analysis.run()

#輸出結(jié)果，包括位移、應(yīng)力和應(yīng)變

results=analysis.results()

print("Displacements:",results.displacements)

print("Stresses:",results.stresses)

print("Strains:",results.strains)11.1.2描述上述代碼示例展示了如何使用Strand7的PythonAPI來創(chuàng)建一個(gè)航空航天翼梁的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)模型。首先，我們定義了翼梁的幾何形狀和復(fù)合材料層的屬性，然后將這些屬性應(yīng)用到網(wǎng)格上。接著，我們施加了邊界條件和載荷，模擬了飛行中的氣動(dòng)載荷。最后，我們執(zhí)行了線性靜態(tài)分析，并輸出了位移、應(yīng)力和應(yīng)變的結(jié)果。11.2汽車工業(yè)中的應(yīng)用11.2.1原理與內(nèi)容復(fù)合材料在汽車工業(yè)中用于減輕重量，提高燃油效率和性能。Strand7能夠模擬復(fù)合材料在汽車部件中的應(yīng)用，如車身面板、車架和懸掛系統(tǒng)，通過精確的分析來優(yōu)化設(shè)計(jì)和預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的壽命。示例：復(fù)合材料汽車車身面板的沖擊分析#示例代碼：使用Strand7進(jìn)行復(fù)合材料汽車車身面板的沖擊分析

#導(dǎo)入Strand7PythonAPI

importstrand7

#創(chuàng)建一個(gè)新的Strand7模型

model=strand7.Model()

#定義復(fù)合材料車身面板屬性

#層1：碳纖維增強(qiáng)塑料，厚度1.5mm

#層2：聚氨酯泡沫，厚度2.0mm

#層3：碳纖維增強(qiáng)塑料，厚度1.5mm

composite_properties=[

{'material':'CFRP','thickness':1.5},

{'material':'PUFoam','thickness':2.0},

{'material':'CFRP','thickness':1.5}

]

#定義車身面板的幾何形狀和網(wǎng)格

#假設(shè)車身面板長(zhǎng)度為2m，寬度為1m

#使用三角形網(wǎng)格劃分

body_panel_geometry=strand7.Geometry(length=2,width=1)

body_panel_mesh=body_panel_geometry.tri_mesh()

#將復(fù)合材料屬性應(yīng)用到車身面板網(wǎng)格

fori,propinenumerate(composite_properties):

model.add_layer(body_panel_mesh,prop['material'],prop['thickness'])

#定義載荷和邊界條件

#在車身面板的一側(cè)施加固定約束

#在另一側(cè)施加一個(gè)沖擊載荷，模擬碰撞

model.add_constraint('fixed',body_panel_mesh[0])

model.add_load('impact',body_panel_mesh[-1],force=[0,-50000,0],duration=0.1)