ݺߣ

ݺߣShare a Scribd company logo

Моделирование и анализ прочности сэндвич-панели в ANSYS

•
•
Yury Novozhilov
Yury Novozhilov

Моделирование и анализ прочности сэндвич-панели в ANSYS

1 of 23
Моделирование и анализ прочности сэндвич-панели в ANSYS Ю.В. Новожилов yury.novozhilov@cadfem-cis.ru Д.С. Михалюк dmitry.mikhaluk@cadfem-cis.ru
2 Применение сэндвич-панелей
3 Модель  Сэндвич панель  Углеродное волокно  Эпоксидная матрица  Пенный заполнитель  Консольное закрепление  Изгибающая нагрузка
4 Составные части конструкции (с учетом симметрии) X Y Z Пенообразный заполнитель X Y Z Верхняя армирующая панель X Y Z Нижняя армирующая панель Вставка X Y Z
5 Допущения Классическая теория слоистых оболочек  Идеальное сопряжение между слоями  Свойства для каждого слоя постоянны по толщине  Линейно-упругая связь напряжений и деформаций  Гипотеза Рейснера-Миндлина
6 Граничные условия и нагрузки Изгибающая нагрузка  Изгибающая нагрузка  Условия симметрии  Жесткое закрепление XY Z Нfz 1500 Условие симметрии XY Z 0 0 0, 0     yzx yyU Жесткое закрепление XY Z 0 0 0 0     x x U
7 Физические свойства материалов Эффективные свойства однонаправденного слоя углеродного волокна в эпоксидной матрице: E11 = 120,0 ГПа Ʋ12 = 0,25 G12 = 4,5 ГПа E22 = 7,5 ГПа Ʋ13 = 0,25 G13 = 4,5 ГПа E33 = 7,5 ГПа Ʋ23 = 0,40 G23 = 2,8 ГПа  Однонаправленное углеродное волокно  Эпоксидная матрица  Толщина одного слоя 0,2 мм Эффективные свойства гомогенного пенообразного заполнителя: E = 60,0 МПа Ʋ = 0,3 G = 25,0 МПа
8 Физические свойства армирующих панелей E11 G12 E22 1 2 94,4 ГПа Формула укладки слоев однонаправленных волокон 0°/45°/-45°/0°/45°/-45° X Y Z Верхняя армирующая панель X Y Z Нижняя армирующая панель
Оболочечная постановка задачи
10 КЭ модель XY Z 4-х узловые оболочечные элементы Количество элементов (NE) 4 897 Количество узлов (NN) 5 058 Количество степеней свободы (NDOF) 30 348
Оболочечно-твердотельная постановка задачи
12 КЭ модель 4-х узловые оболочечные элементы Количество элементов (NE) 11 263 Количество узлов (NN) 11 601 Количество степеней свободы (NDOF) 69 606 X Y Z 20-ти узловые твердотельные элементы Количество элементов (NE) 19 256 Количество узлов (NN) 93 762 Количество степеней свободы (NDOF) 281 286 X Y Z
13 Учет деформации ламината при укладке • Potter KD. The influence of accurate stretch data for reinforcements on the production of complex structural moldings. Part 1. Deformation of aligned sheets and fabrics. Composites 1979;10: 161-167. • Bergsma OK, Huisman J. Deep drawing of fabric reinforced thermoplastics. In: Brebbia CA, de Wilde WP, Blain WR, editors. Computer aided design in composite material technology, New York: Springer, 1988. p. 323-334. • Van der Ween F. Algorithms for draping fabrics on doubly-curved surfaces. Int J Numer Meth Eng 1991;31:1415-1426.     4 1 2 2 cosmin cos 2 1 min i iE GE    Энергетический алгоритм
14 Учет деформации ламината при укладке  Расположении складок  Изменение ориентации волокон  Изменение толщины ламината  Геометрия выкройки
Анализ результатов
16 Результаты: модуль вектора перемещений 20,0 мм 15,5 мм 11,1 мм 0 мм 4,4 мм 8,9 мм 17,2 мм 13,4 мм 9,6 мм 0 мм 3,8 мм 7,7 мм Различия 17 % X Y Z Оболочечная модель Оболочечно-твердотельная модель
17 Результаты: разрушение пенообразного заполнителя X Y Z Оболочечная модель fail 1 0 Критерий разрушения заполнителя – максимум касательных напряжений КПаRQ RQ f 800 ,max 1323           
18 Результаты: разрушение армирующих панелей Критерий Хашина разрушения матрицы X Y Z Оболочечная модель МПаY МПаS SY f t t m 55 70 0, 2 2 12 2 2                  МПаS МПаY МПаX SYX f f 70 55 650 ,,max 1221            Критерий максимальных напряжений (растяжение)
19 Результаты: разрушение армирующих панелей fail 1 0 Критерий Хашина разрушения матрицы Критерий максимальных напряжений (растяжение) МПаY МПаS SY f t t m 55 70 0, 2 2 12 2 2                  МПаS МПаY МПаX SYX f f 70 55 650 ,,max 1221           
20 Сравнение разрушения армирующих панелей fail 1 0 Критерий Хашина разрушения матрицы Критерий максимальных напряжений (растяжение) Оболочечная модель 0, 2 2 12 2 2                SY f t m        SYX f f 1221 ,,max 
21 Сравнение разрушения армирующих панелей fail 1 0 Критерий максимальных напряжений (растяжение) в 4 слое верхней панели Оболочечная модель Оболочечно-твердотельная модель        SYX f f 1221 ,,max 
22 Выводы  Совпадение зон возможного разрушения  Удалось сравнить разные подходы моделирования сэндвич панелей  Удалось учесть расположении складок и деформацию слоев  Удалось учесть изменение ориентации волокон  Получена оптимальная геометрия выкройки
Спасибо за внимание! Ю.В. Новожилов yury.novozhilov@cadfem-cis.ru Д.С. Михалюк dmitry.mikhaluk@cadfem-cis.ru

More Related Content

Моделирование и анализ прочности сэндвич-панели в ANSYS

  • 1. Моделирование и анализ прочности сэндвич-панели в ANSYS Ю.В. Новожилов yury.novozhilov@cadfem-cis.ru Д.С. Михалюк dmitry.mikhaluk@cadfem-cis.ru
  • 3. 3 Модель  Сэндвич панель  Углеродное волокно  Эпоксидная матрица  Пенный заполнитель  Консольное закрепление  Изгибающая нагрузка
  • 4. 4 Составные части конструкции (с учетом симметрии) X Y Z Пенообразный заполнитель X Y Z Верхняя армирующая панель X Y Z Нижняя армирующая панель Вставка X Y Z
  • 5. 5 Допущения Классическая теория слоистых оболочек  Идеальное сопряжение между слоями  Свойства для каждого слоя постоянны по толщине  Линейно-упругая связь напряжений и деформаций  Гипотеза Рейснера-Миндлина
  • 6. 6 Граничные условия и нагрузки Изгибающая нагрузка  Изгибающая нагрузка  Условия симметрии  Жесткое закрепление XY Z Нfz 1500 Условие симметрии XY Z 0 0 0, 0     yzx yyU Жесткое закрепление XY Z 0 0 0 0     x x U
  • 7. 7 Физические свойства материалов Эффективные свойства однонаправденного слоя углеродного волокна в эпоксидной матрице: E11 = 120,0 ГПа Ʋ12 = 0,25 G12 = 4,5 ГПа E22 = 7,5 ГПа Ʋ13 = 0,25 G13 = 4,5 ГПа E33 = 7,5 ГПа Ʋ23 = 0,40 G23 = 2,8 ГПа  Однонаправленное углеродное волокно  Эпоксидная матрица  Толщина одного слоя 0,2 мм Эффективные свойства гомогенного пенообразного заполнителя: E = 60,0 МПа Ʋ = 0,3 G = 25,0 МПа
  • 8. 8 Физические свойства армирующих панелей E11 G12 E22 1 2 94,4 ГПа Формула укладки слоев однонаправленных волокон 0°/45°/-45°/0°/45°/-45° X Y Z Верхняя армирующая панель X Y Z Нижняя армирующая панель
  • 10. 10 КЭ модель XY Z 4-х узловые оболочечные элементы Количество элементов (NE) 4 897 Количество узлов (NN) 5 058 Количество степеней свободы (NDOF) 30 348
  • 12. 12 КЭ модель 4-х узловые оболочечные элементы Количество элементов (NE) 11 263 Количество узлов (NN) 11 601 Количество степеней свободы (NDOF) 69 606 X Y Z 20-ти узловые твердотельные элементы Количество элементов (NE) 19 256 Количество узлов (NN) 93 762 Количество степеней свободы (NDOF) 281 286 X Y Z
  • 13. 13 Учет деформации ламината при укладке • Potter KD. The influence of accurate stretch data for reinforcements on the production of complex structural moldings. Part 1. Deformation of aligned sheets and fabrics. Composites 1979;10: 161-167. • Bergsma OK, Huisman J. Deep drawing of fabric reinforced thermoplastics. In: Brebbia CA, de Wilde WP, Blain WR, editors. Computer aided design in composite material technology, New York: Springer, 1988. p. 323-334. • Van der Ween F. Algorithms for draping fabrics on doubly-curved surfaces. Int J Numer Meth Eng 1991;31:1415-1426.     4 1 2 2 cosmin cos 2 1 min i iE GE    Энергетический алгоритм
  • 14. 14 Учет деформации ламината при укладке  Расположении складок  Изменение ориентации волокон  Изменение толщины ламината  Геометрия выкройки
  • 16. 16 Результаты: модуль вектора перемещений 20,0 мм 15,5 мм 11,1 мм 0 мм 4,4 мм 8,9 мм 17,2 мм 13,4 мм 9,6 мм 0 мм 3,8 мм 7,7 мм Различия 17 % X Y Z Оболочечная модель Оболочечно-твердотельная модель
  • 17. 17 Результаты: разрушение пенообразного заполнителя X Y Z Оболочечная модель fail 1 0 Критерий разрушения заполнителя – максимум касательных напряжений КПаRQ RQ f 800 ,max 1323           
  • 18. 18 Результаты: разрушение армирующих панелей Критерий Хашина разрушения матрицы X Y Z Оболочечная модель МПаY МПаS SY f t t m 55 70 0, 2 2 12 2 2                  МПаS МПаY МПаX SYX f f 70 55 650 ,,max 1221            Критерий максимальных напряжений (растяжение)
  • 19. 19 Результаты: разрушение армирующих панелей fail 1 0 Критерий Хашина разрушения матрицы Критерий максимальных напряжений (растяжение) МПаY МПаS SY f t t m 55 70 0, 2 2 12 2 2                  МПаS МПаY МПаX SYX f f 70 55 650 ,,max 1221           
  • 20. 20 Сравнение разрушения армирующих панелей fail 1 0 Критерий Хашина разрушения матрицы Критерий максимальных напряжений (растяжение) Оболочечная модель 0, 2 2 12 2 2                SY f t m        SYX f f 1221 ,,max 
  • 21. 21 Сравнение разрушения армирующих панелей fail 1 0 Критерий максимальных напряжений (растяжение) в 4 слое верхней панели Оболочечная модель Оболочечно-твердотельная модель        SYX f f 1221 ,,max 
  • 22. 22 Выводы  Совпадение зон возможного разрушения  Удалось сравнить разные подходы моделирования сэндвич панелей  Удалось учесть расположении складок и деформацию слоев  Удалось учесть изменение ориентации волокон  Получена оптимальная геометрия выкройки
  • 23. Спасибо за внимание! Ю.В. Новожилов yury.novozhilov@cadfem-cis.ru Д.С. Михалюк dmitry.mikhaluk@cadfem-cis.ru

Editor's Notes

  1. Материалы этой презентации являются собственностью CADFEM CIS. Тиражированию и свободному распространению не подлежат.
  2. Материалы этой презентации являются собственностью CADFEM CIS. Тиражированию и свободному распространению не подлежат.
  3. Материалы этой презентации являются собственностью CADFEM CIS. Тиражированию и свободному распространению не подлежат.
  4. Материалы этой презентации являются собственностью CADFEM CIS. Тиражированию и свободному распространению не подлежат.
  5. Материалы этой презентации являются собственностью CADFEM CIS. Тиражированию и свободному распространению не подлежат.
  6. Материалы этой презентации являются собственностью CADFEM CIS. Тиражированию и свободному распространению не подлежат.
  7. Материалы этой презентации являются собственностью CADFEM CIS. Тиражированию и свободному распространению не подлежат.
  8. Материалы этой презентации являются собственностью CADFEM CIS. Тиражированию и свободному распространению не подлежат.
  9. Материалы этой презентации являются собственностью CADFEM CIS. Тиражированию и свободному распространению не подлежат.
  10. Материалы этой презентации являются собственностью CADFEM CIS. Тиражированию и свободному распространению не подлежат.
  11. Материалы этой презентации являются собственностью CADFEM CIS. Тиражированию и свободному распространению не подлежат.
  12. Материалы этой презентации являются собственностью CADFEM CIS. Тиражированию и свободному распространению не подлежат.
  13. Материалы этой презентации являются собственностью CADFEM CIS. Тиражированию и свободному распространению не подлежат.
  14. Материалы этой презентации являются собственностью CADFEM CIS. Тиражированию и свободному распространению не подлежат. Maximum stress criterion tention Y Hashin matrix failure – критерий Хашина разрушения матрицы при растяжении ламината в поперечном направлении
  15. Материалы этой презентации являются собственностью CADFEM CIS. Тиражированию и свободному распространению не подлежат. Core Failure In the case of isotropic core materials, the principal shear stress is used in the formulation
  16. Материалы этой презентации являются собственностью CADFEM CIS. Тиражированию и свободному распространению не подлежат. Core Failure In the case of isotropic core materials, the principal shear stress is used in the formulation
  17. Материалы этой презентации являются собственностью CADFEM CIS. Тиражированию и свободному распространению не подлежат. Core Failure In the case of isotropic core materials, the principal shear stress is used in the formulation Верхняя пластина 4 слой
  18. Материалы этой презентации являются собственностью CADFEM CIS. Тиражированию и свободному распространению не подлежат.