ANSYS复合材料层合板进行数值模拟研究+文献综述(3)
ANSYS软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。
1.2.1 ANSYS在复合材料应用状况
复合材料具有比强度高、比模量高、各向异性、以及材料性能可设计的优点，现已广泛应用于航空、造船、汽车、建筑、化工、体育等部门⋯。复合材料的设计可以定义为：依据积累的经验，归纳的实验规律和总结的科学原理，通过合理的选择组份，制备出预先确定性能的复合材料。先进复合材料结构精细，研制成本高，工艺复杂周期长，以传统的配方试验研制，费时费力费钱，而且难以得到准确而系统的科学结论，而应用通用大型的有限元分析软件ANSYS可以对复合材料实施优化设计、性能分析，对材料承载受力破坏过程进行计算机模拟，可以获得难以用传统试验获得的一系列信息，再配以适当的验证实验来检验模型，节约了大量的费用，缩短了研制周期。
ANSYS作为著名的商业化大型通用有限元分析软件，广泛应用于航空航天领域，为复合材料层合结构分析提供了完整精确的解决方案。针对复合材料层合板、梁、实体以及加强筋板等结构类型，ANSYS提供了一系列特殊的复合材料单元：SHELL99(如图1所示)、SHELL91、SHELLl81、SOLID46和SOLIDl91等。单元的选择依赖于实际应用情况及其计算结果等。
ANSYS在复合材料领域的应用发展历程大体可分为两个阶段：第一阶段(1991—1997)，主要是以应用ANSYS进行简单的力学计算及试验结果直接进行分析为特征。第二阶段(1998一现在)，随着对ANSYS的广泛应用逐渐发展为首先提出一种理论，然后通过ANSYS二次开发功能进行处理，并将计算结果进行处理分析且与试验结果进行对比以验证理论的正确性。1991年，美国的Constantinos Minas等人就对超导线圈组的三文热应力进行了检验和评估。以具有三个弹性对称面的正交各向异性材料来模拟超导复合材料，其力学特性由293K和液态氮温度下通过试验测得。1992年，美国的Kumar V等人对轻质复合材料战车外壳从C一130飞机上低速空投时要受到来自地面冲击的瞬态载荷的作用进行了分析。应用刚体动力学分析软件DADS对低速空降过程进行了计算机仿真，得到了车辆底板的动态力的时间历程曲线。然后将动态力应用于复合材料外壳的有限元模型上，并应用有限元分析软件ANSYS进行了暂态分析。1995年，法国的Grando J等人使用有限元模拟程序ANSYS对玻璃／环氧树脂复合材料进行了研究。1997年，美国的Ling J—X应用商业化有限元程序包ANSYS在一个小型工作站上对不均匀对流和周期分布式内热条件下复合材料管的三文瞬态热传导问题进行了数值分析。2001年，德国的Figiel L等人对复合材料的损伤进行了研究，认为在循环作用力、热载荷或者热力耦合载荷共同作用下，复合材料的损伤是由于材料的退化，因此在理论分析上对复合材料损伤的分析也是一个复杂的过程。由于大多数疲劳研究只停留在理论上，因此他们主要对复合材料的分层过程进行了有限元仿真。所有的计算都应用有限元分析软件ANSYS来完成的。2004年，土耳其的Us S等人对曾经设计过的水平轴长为2．5m的风力涡轮转子叶片采用不同的复合材料结构进行了重新设计和分析，应用有限元分析软件ANSYS得到了叶片的应变及其自振频率。
1.2.2 实体建模
ANSYS程序提供了两种实体建模方法：自顶向下与自底向上。自顶向下进行实体建模时，用户定义一个模型的最高级图元，如球 、棱柱，称为基元，程序则自动定义相关的面、线及关键点。用户利用这些高级图元直接构造几何模型，如二文的圆和矩形以及三文的块 、球、锥和柱。无论使用自顶向下还是自底向上方法建模，用户均能使用布尔运算来组合数据集，从而“雕塑出”一个实体模型。ANS YS程序提供了完整的布尔运算，诸如相加、相减、相交、分割、粘结和重叠。在创建复杂实体模型时，对线、面、体、基元的布尔操作 能减少相当可观的建模工作量。ANSYS程序还提供了拖拉、延伸、旋转、移动、延伸和拷贝实体模型图元的功能。附加的功能还包括 圆弧构造、切线构造、通过拖拉与旋转生成面和体、线与面的自动相交运算、自动倒角生成、用于网格划分的硬点的建立、移动、拷贝和 删除。自底向上进行实体建模时，用户从最低级的图元向上构造模型，即：用户首先定义关键点，然后依次是相关的线、面、体。