CN112699585B - 一种复合材料厚层压板接头有限元建模方法 - Google Patents

一种复合材料厚层压板接头有限元建模方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112699585B
CN112699585B CN202011599522.XA CN202011599522A CN112699585B CN 112699585 B CN112699585 B CN 112699585B CN 202011599522 A CN202011599522 A CN 202011599522A CN 112699585 B CN112699585 B CN 112699585B
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
model
dividing
layers
degree
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011599522.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN112699585A (zh
Inventor
韩思聪
李驰
杨杰
胡昌宏
陈军
何四海
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AVIC First Aircraft Institute
Original Assignee
AVIC First Aircraft Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by AVIC First Aircraft Institute filed Critical AVIC First Aircraft Institute
Priority to CN202011599522.XA priority Critical patent/CN112699585B/zh
Publication of CN112699585A publication Critical patent/CN112699585A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112699585B publication Critical patent/CN112699585B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2113/00—Details relating to the application field
    • G06F2113/26—Composites
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

本发明属于航空领域复合材料结构有限元建模技术，涉及到一种复合材料厚层压板接头有限元建模方法。该方法包括：获取复合材料厚层压板接头的实体结构模型；视结构预估的应力集中程度以及结构重要程度，沿铺层厚度方向分割实体结构模型为多切割层，其中，对应力集中程度高和结构重要程度高的部位进行精细划分；对应力集中程度低和结构重要程度低的部位进行粗划分；在层面内方向切割实体结构模型，分割出的模型都具有规则形状的结构；选取刚性连接模拟复合材料厚层压板接头内各铺层的连接关系；对二次切割的实体结构模型划分网格单元，赋予材料属性。

Description

一种复合材料厚层压板接头有限元建模方法
技术领域
本发明属于航空领域复合材料结构有限元建模技术，涉及到一种复合材料厚层压板接头有限元建模方法。
背景技术
对复合材料厚层压板接头进行强度分析，需对其进行有限元建模。若采用壳元或单层实体元建模，仅能获取其面内应力状态，无法对复合材料结构层间关系进行模拟，并获取每一铺层的应力状态；若采用每一铺层划分一层实体元的方法，虽然可以得到厚度方向的应力梯度变化，但是该建模方法不适用于工程计算，因为通常复合材料结构铺层较多，应用该方法建模会导致网格数过多，导致计算效率低下、不利于迭代求解的问题。
发明内容
发明目的：提出一种复合材料厚层压板接头有限元建模方法，解决建模会导致网格数过多，导致计算效率低下、不利于迭代求解的问题
技术方案：
一种复合材料厚层压板接头有限元建模方法，其特征在于，包括：
获取复合材料厚层压板接头的实体结构模型；
视结构预估的应力集中程度以及结构重要程度，沿铺层厚度方向分割实体结构模型为多切割层，其中，对应力集中程度高和结构重要程度高的部位进行精细划分；对应力集中程度低和结构重要程度低的部位进行粗划分；
在层面内方向切割实体结构模型，分割出的模型都具有规则形状的结构；
选取刚性连接模拟复合材料厚层压板接头内各铺层的连接关系；
对二次切割的实体结构模型划分网格单元，赋予材料属性。
在每层面内方向切割实体结构模型，分割出的模型都具有规则形状的结构之后，所述方法还包括：
选取cohesive单元进行胶层模拟复合材料厚层压板接头内各铺层的连接关系；
对二次切割的实体结构模型划分网格单元，赋予材料属性。
视结构预估的应力集中程度以及结构重要程度，沿铺层厚度方向分割实体结构模型为多切割层，包括：
将连续同一材料的铺层作为一新层；
在应力集中程度高和结构重要程度高的部位以x层铺层沿铺层厚度方向分割新层；
在应力集中程度低和结构重要程度低的部位以y层铺层沿铺层厚度方向分割或划归新层；y大于x。
在层面内方向切割实体结构模型，分割出的模型都具有规则形状的结构，包括：
将实体结构模型分为板模型和耳片模型；
对板模型在面内方向划分为规则网格；
从耳孔边起始，切割至边缘交线处，使每一分割后的耳片模型在面内方向呈规则形状。
复合材料铺层为对称铺层，实体结构模型的切割沿对称轴对称。
规则形状包括三边形、四边形、五变形、六边形。
所述方法还包括：
以复合材料厚层压板接头为研究对象，将研究对象导入有限元软件，或在有限元软件中建立结构模型，该模型应为实体结构模型。
一种计算机可读的存储介质，其上存储有计算机指令，所述指令被处理器执行时实现上述方法。
有益效果：
本发明建立一种复合材料厚层压板接头有限元建模方法，在能够满足工程化应用的前提下，可以模拟沿厚度方向层间的强度关系并获取单层的应力状态。该方法根据应力集中程度、结构重要性的不同，对不同部位的结构分别沿厚度方向将多个铺层划分为一个子层板，不同部位子层板厚度、数量不尽相同。层压板面内方向的网格按结构样式切割划分成规则网格。该方法在降低网格数量、提高计算效率的同时，对重点关注部位保留了较高的精度，提高了有限元模型的准确性。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为实体结构模型的结构示意图；
图3为厚度方向网格的划分的示意图；
图4为面内方向网格的划分的示意图；
图5为本发明提供方法建立的模型的示意图。
具体实施方式
本发明技术方案，如图1所示，包括以下步骤：
步骤1：本发明有限元建模方法需采用具有实体单元建模能力的有限元软件，此处以有限元建模软件abaqus为例。将研究对象的复合材料层压板结构模型导入有限元软件，或在有限元软件中建立结构模型，该模型应为实体结构模型如图1所示。
步骤2：沿铺层厚度方向分割实体结构模型如图2所示。若结构由多种不同的复合材料铺贴而成(如表层玻璃布、织物、单向带等)，首先在不同材料的分界面上分割实体模型。然后，视结构预估的应力集中程度以及结构重要程度，对较为关键的部位进行精细划分，可选择若干实际铺层划分为一层(该实际铺层数由计算机计算效率的高低以及对结构的关心程度决定，计算效率越高、关心程度越高则选取的实际铺层数可以越少)，在结构上对应厚度的位置分割实体结构模型。最后，对关键程度较低的部位分割实体结构模型，同样选取若干实际铺层划分为一层，为提高计算效率，此处选取的实际铺层数可较关键程度较高的部位更多。通常，复合材料铺层为对称铺层，要注意实体结构模型的切割也应沿对称轴对称。
通常来说，连续的表层材料及连续的织物层数较少，若其连续层数小于等于5层，可选择将该铺层在实体结构模型中划分为一层；若其连续层数大于5层，可选择将该铺层在实体结构模型中划分为复数层。对于单向带结构，通常连续的层数较多，对于其划分，应视结构预估的应力集中程度以及结构重要程度，对较为关键的部位进行精细划分，可选择若干实际铺层划分为一层(该实际铺层数由计算机计算效率的高低以及对结构的关心程度决定，计算效率越高、关心程度越高则选取的实际铺层数可以越少)，在结构上对应厚度的位置分割实体结构模型。对关键程度较低的部位分割实体结构模型，同样选取若干实际铺层划分为一层，为提高计算效率，此处选取的实际铺层数可较关键程度较高的部位更多。
对于仅由一种复合材料铺贴而成的结构，其划分方法与上述方法一致，即对较为关键的部位进行精细划分，对关键程度较低的部位进行粗略划分。
通常，复合材料铺层为对称铺层，要注意实体结构模型的切割也应沿对称轴对称。
步骤3：在面内方向，切割实体结构，使其成为具有规则形状的结构，方便在面内方向划分规则网格。此处所说的规则形状的结构，是指可以用体单元(四面体、五面体、六面体)填充，从而可以进行有限元建模的结构。
若是在面内方向，结构本身就为规则形状的结构，则可以不进行切割，以统一密度的网格对结构进行划分；也可以对考核区和非考核区界面进行切割，从而在面内方向的网格对考核区精细化分，对非考核区粗略划分；
若是在面内方向，结构为具有不规则形状的实体结构，应对其进行切割划分。若结构不存在耳孔，应在面内方向，从结构中心处切割至边缘交线处，使每一分割后的实体结构在面内方向呈规则形状；若结构存在耳孔，应在面内方向，从耳孔边起始，切割至边缘交线处，使每一分割后的实体结构在面内方向呈规则形状。
步骤4：创建接触关系。在接头的常见界面上，视分析计算的项目创建接触关系。对于二次胶结的界面，可选取cohesive单元进行胶层模拟，以模拟潜在的脱胶问题；也可选取刚性连接模拟，提高建模效率，同时忽略胶结界面问题。对于耳孔和连接销界面，通常选取刚体-摩擦接触，不考虑连接销的强度问题，同时简化建模流程。
步骤5：划分网格单元，赋予材料属性，得到模型如图5所示。对于上述已切割完成的实体结构模型，在每一切割层之间划分一层网格单元，并按照实际划分的铺层赋予材料属性。对于面内方向，在考核区可以划分较为精细的网格，在非考核区可以划分粗略网格。

Claims (8)

1.一种复合材料厚层压板接头有限元建模方法，其特征在于，包括：
获取复合材料厚层压板接头的实体结构模型；
视结构预估的应力集中程度以及结构重要程度，沿铺层厚度方向分割实体结构模型为多切割层，其中，对应力集中程度高和结构重要程度高的部位进行精细划分；对应力集中程度低和结构重要程度低的部位进行粗划分；
具体的，若结构由多种不同的复合材料铺贴而成，首先在不同材料的分界面上分割实体模型；然后，视结构预估的应力集中程度以及结构重要程度，对较为关键的部位进行精细划分，选择若干实际铺层划分为一层，在结构上对应厚度的位置分割实体结构模型；最后，对关键程度较低的部位分割实体结构模型，同样选取若干实际铺层划分为一层，为提高计算效率，此处选取的实际铺层数可较关键程度较高的部位更多；复合材料铺层为对称铺层，要注意实体结构模型的切割也应沿对称轴对称；
若其连续层数小于等于5层，选择将该铺层在实体结构模型中划分为一层；若其连续层数大于5层，选择将该铺层在实体结构模型中划分为复数层；对于单向带结构，通常连续的层数较多，对于其划分，应视结构预估的应力集中程度以及结构重要程度，对较为关键的部位进行精细划分，可选择若干实际铺层划分为一层，在结构上对应厚度的位置分割实体结构模型；对关键程度低的部位分割实体结构模型，同样选取若干实际铺层划分为一层，为提高计算效率，此处选取的实际铺层数可较关键程度较高的部位更多；
在层面内方向切割实体结构模型，分割出的模型都具有规则形状的结构；
选取刚性连接模拟复合材料厚层压板接头内各铺层的连接关系；
对二次切割的实体结构模型划分网格单元，赋予材料属性。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在每层面内方向切割实体结构模型，分割出的模型都具有规则形状的结构之后，所述方法还包括：
选取cohesive单元进行胶层模拟复合材料厚层压板接头内各铺层的连接关系；
对二次切割的实体结构模型划分网格单元，赋予材料属性。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，视结构预估的应力集中程度以及结构重要程度，沿铺层厚度方向分割实体结构模型为多切割层，包括：
将连续同一材料的铺层作为一新层；
在应力集中程度高和结构重要程度高的部位以x层铺层沿铺层厚度方向分割新层；
在应力集中程度低和结构重要程度低的部位以y层铺层沿铺层厚度方向分割或划归新层；y大于x。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在层面内方向切割实体结构模型，分割出的模型都具有规则形状的结构，包括：
将实体结构模型分为板模型和耳片模型；
对板模型在面内方向划分为规则网格；
从耳孔边起始，切割至边缘交线处，使每一分割后的耳片模型在面内方向呈规则形状。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，复合材料铺层为对称铺层，实体结构模型的切割沿对称轴对称。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，规则形状包括三边形、四边形、五边形、六边形。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
以复合材料厚层压板接头为研究对象，将研究对象导入有限元软件，或在有限元软件中建立结构模型，该模型应为实体结构模型。
8.一种计算机可读的存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，所述指令被处理器执行时实现权利要求1-7任一项所述的方法。
CN202011599522.XA 2020-12-29 2020-12-29 一种复合材料厚层压板接头有限元建模方法 Active CN112699585B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011599522.XA CN112699585B (zh) 2020-12-29 2020-12-29 一种复合材料厚层压板接头有限元建模方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011599522.XA CN112699585B (zh) 2020-12-29 2020-12-29 一种复合材料厚层压板接头有限元建模方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112699585A CN112699585A (zh) 2021-04-23
CN112699585B true CN112699585B (zh) 2024-04-09

Family

ID=75511546

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011599522.XA Active CN112699585B (zh) 2020-12-29 2020-12-29 一种复合材料厚层压板接头有限元建模方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112699585B (zh)

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005250767A (ja) * 2004-03-03 2005-09-15 Yokohama Rubber Co Ltd:The 複合材の力学特性シミュレーション方法および複合材の力学挙動シミュレーション装置
CN102122311A (zh) * 2011-02-21 2011-07-13 北京航空航天大学 一种基于有限元的动力调谐陀螺加速稳定剖面生成方法
CN103605865A (zh) * 2013-11-28 2014-02-26 北京航空航天大学 一种基于内聚力模型的复合材料多向铺层板分层扩展行为模拟方法
CN104182641A (zh) * 2014-08-26 2014-12-03 西北工业大学 复合材料层合板纤维连续二维优化基础模型及优化方法
CN107273567A (zh) * 2017-05-11 2017-10-20 大连理工大学 一种复合材料层合板钻削毛刺损伤的模拟方法
CN107292010A (zh) * 2017-06-12 2017-10-24 北京航天发射技术研究所 复合材料加筋蒙皮‑泡沫夹层结构简易有限元建模方法
CN107532981A (zh) * 2015-05-18 2018-01-02 新日铁住金株式会社 断裂预测方法、程序、记录介质以及运算处理装置
CN107679334A (zh) * 2017-10-19 2018-02-09 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 一种变厚度复合材料层压板有限元建模方法
CN108021721A (zh) * 2016-10-31 2018-05-11 大连比亚迪汽车有限公司 客车薄壁复合材料间再夹芯结构的有限元建模方法、装置
CN110837710A (zh) * 2019-11-05 2020-02-25 上海波客实业有限公司 一种复合材料结构有限元快速建模方法
WO2020192756A1 (zh) * 2019-03-27 2020-10-01 北京机科国创轻量化科学研究院有限公司 一种连续纤维增强复合材料3d打印路径规划方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8494819B2 (en) * 2010-08-25 2013-07-23 Livermore Software Technology Corp. Efficient data management for shell finite elements representing layered composite materials
US10311181B2 (en) * 2015-05-09 2019-06-04 Livermore Software Technology Corp. Methods and systems for creating computerized mesh model for layered shell-like structure

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005250767A (ja) * 2004-03-03 2005-09-15 Yokohama Rubber Co Ltd:The 複合材の力学特性シミュレーション方法および複合材の力学挙動シミュレーション装置
CN102122311A (zh) * 2011-02-21 2011-07-13 北京航空航天大学 一种基于有限元的动力调谐陀螺加速稳定剖面生成方法
CN103605865A (zh) * 2013-11-28 2014-02-26 北京航空航天大学 一种基于内聚力模型的复合材料多向铺层板分层扩展行为模拟方法
CN104182641A (zh) * 2014-08-26 2014-12-03 西北工业大学 复合材料层合板纤维连续二维优化基础模型及优化方法
CN107532981A (zh) * 2015-05-18 2018-01-02 新日铁住金株式会社 断裂预测方法、程序、记录介质以及运算处理装置
CN108021721A (zh) * 2016-10-31 2018-05-11 大连比亚迪汽车有限公司 客车薄壁复合材料间再夹芯结构的有限元建模方法、装置
CN107273567A (zh) * 2017-05-11 2017-10-20 大连理工大学 一种复合材料层合板钻削毛刺损伤的模拟方法
CN107292010A (zh) * 2017-06-12 2017-10-24 北京航天发射技术研究所 复合材料加筋蒙皮‑泡沫夹层结构简易有限元建模方法
CN107679334A (zh) * 2017-10-19 2018-02-09 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 一种变厚度复合材料层压板有限元建模方法
WO2020192756A1 (zh) * 2019-03-27 2020-10-01 北京机科国创轻量化科学研究院有限公司 一种连续纤维增强复合材料3d打印路径规划方法
CN110837710A (zh) * 2019-11-05 2020-02-25 上海波客实业有限公司 一种复合材料结构有限元快速建模方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于ＡＮＳＹＳ机翼翼盒拓扑优化的网格划分和建模;裴颖 等;沈阳航空工业学院学报;第27卷(第3期);11-14 *
复合材料挖补修理结构的有限元建模及精度影响分析;喻梅;胡新宇;;安徽建筑工业学院学报(自然科学版);20091215(06);全文 *
夹层结构天线罩宏细观强度分析;关中飞;王新峰;;江苏航空;20121215(S1);全文 *
有限元网格划分的基本原则;杜平安;机械设计与制造;第1卷;34-36 *
飞机金属-复合材料副翼结构优化技术;甘学东;张亚辉;朱继宏;常楠;;机械制造;20131120(11);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112699585A (zh) 2021-04-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110529077B (zh) 在储层仿真中对交叉故障和复杂井眼进行建模
CN110059332B (zh) 包含晶格结构的3d部件的3d有限元网格的设计
Chen et al. Elasto-plastic fine-scale damage failure analysis of metro structures based on coupled SBFEM-FEM
CN107256320A (zh) 一种基于复合材料铺层的小型手抛无人机的有限元分析方法
CN105513131B (zh) 一种顾及褶皱的三维地质结构模型角点网格剖分方法
CN103984802B (zh) 一种蜂窝夹层结构的有限元建模简化方法
US20140214388A1 (en) System and method for coarsening in reservoir simulation system
CN102609982B (zh) 空间地质数据非结构化模式的拓扑发现方法
CN108959685A (zh) 一种太阳翼帆板的等效建模方法
CN105160700B (zh) 一种用于三维模型重建的截面曲线重构方法
Cai et al. A mixed cover meshless method for elasticity and fracture problems
CN110008529A (zh) 一种基于三周期极小曲面的多尺度多孔支架设计方法
CN113033053B (zh) 含吸波蜂窝结构复合目标的高效电磁散射建模及计算方法
CN108372693A (zh) 一种超大尺寸单曲反射面复合蜂窝夹层结构及其成形方法
CN107679334B (zh) 一种变厚度复合材料层压板有限元建模方法
CN106445981A (zh) 一种基于小波变换的stl网格模型切片数据自适应压缩方法
CN112507587A (zh) 一种面向压缩稳定性的变刚度复合材料结构优化设计方法
CN107481320A (zh) 一种三维地质建模的无网格法
CN109016491A (zh) 一种房屋3d建模及3d打印方法
CN112699585B (zh) 一种复合材料厚层压板接头有限元建模方法
CN106844963A (zh) 模拟开挖至运行全过程的拱坝三维网格模型自动剖分方法
Li et al. A practical algorithm for the design of multiple-sized porous scaffolds with triply periodic structures
CN102663152A (zh) 一种异型蜂窝蒙皮结构的有限元建模方法
CN103617291B (zh) 储层成因单元界面等效表征方法
Enea et al. Global/local models of composite laminated structures coupling classical 2D finite elements and arbitrarily large refined analysis subdomains

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant