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AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門

分類:實時資訊 發布日期:2022-06-14 發布人:溈徠

AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖1)


減重是賽車永恒的話題,與之相應的,復合材料的使用越來越廣,要想合理地實現減重,仿真必不可少。筆者將分享基于HyperMesh軟件的復合材料線性靜力學分析與鋪層優化。

使用軟件: HyperWorks14.0

模型文件: 層合板三點彎2維模型

一、賽車與復合材料大學生方程式賽車使用的復合材料通常是三明治夾心結構,以碳纖維層合板為例,上下表層是碳纖維復合材料層,中間是夾芯材料(以泡沫為例),如圖所示:


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖2)


表層的碳纖維復合材料可以看作正交各向異性材料,中間的夾芯泡沫可以看作各向同性材料。表層碳纖維沿主纖維方向為方向1,鋪層平面內與之垂直的為方向2,鋪層平面的法向為方向3,編織布在方向1和方向2上的力學性能可以看作相同。


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖3)


二、模型導入與網格劃分

模型如圖所示,采用2維平面模型代替層合板實體模型。


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖4)


導入模型:雙擊打開HyperMesh→選擇OptiStruct→點擊Import Model→選擇Import Geometry→選擇模型種類CATIA→瀏覽文件夾選擇對應文件→點擊import導入模型。


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖5)


通過2D的automesh劃分2D網格。


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖6)


調整網格法向和方向:2D的composites。調整網格法向:element normals→vector display用向量表示→display顯示法向→reverse反轉法向。調整網格方向:material orientation→element選擇網格→system選擇坐標系→size設置顯示向量尺寸→project設置和顯示網格方向。


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖7)


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖8)


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖9)


三、通過HyperLaminate進行復合材料設置

點擊2D的HyperLaminate進入復合材料設置界面,分別在MAT1和和MAT8建立foam和carbonfiber的材料屬性,然后在PCOMP中建立并設置鋪層信息。


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖10)


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖11)


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖12)


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖13)


給含有網格信息的Component賦予屬性。


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖14)


通過Analysis中的forces設置載荷信息,通過constraint設置約束條件,并通過loadsteps建立載荷步。


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖15)


設置載荷信息:forces→選擇節點→輸入每個節點力的大小→選擇力的方向→create。


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖16)


設置約束信息:新建一個loadcollector并命名為spc→constraint→選擇節點→選擇約束的自由度→create。


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖17)


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖18)


建立載荷步:loadsteps→給載荷步命名→SPC選擇剛才的約束→LOAD選擇剛才的力載荷→選擇線性靜力學→create。


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖19)

設置輸出信息:control cards→GLOBAL_OUTPUT_REQUEST→勾選CFAILURE、CSTRAIN、CSTRESS。


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖20)


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖21)


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖22)



點擊OptiStruct進行求解。


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖23)


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖24)


求解結束點擊Results查看結果:Apply→Contour→選擇Composite Failure(s)→Apply。失效指數低于1表示尚未失效,高于1表示已經失效。


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖25)


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖26)


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖27)


四、通過ply+stack進行復合材料鋪層優化


網格信息、材料屬性、力載荷信息、約束信息、載荷步信息與上面的線性靜力學分析中一致。


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖28)


創建0°碳纖維鋪層:右鍵Create→ply→鋪層命名(以鋪層角度命名)→選擇材料carbonfiber→設置厚度2mm→選擇坐標系→設置鋪層角度0°→選擇網格→Create。同樣的方法設置45°碳纖維鋪層。創建泡沫夾芯鋪層:鋪層命名→選擇材料foam→設置厚度10mm→選擇坐標系→設置鋪層角度180°→選擇網格→Create。


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖29)


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖30)


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖31)


創建復合鋪層:右鍵Create→Laminate→命名design→選擇對稱鋪層Symmetric→依次設置每一層→Create。


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖32)


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖33)


創建Property→設置Card Image為PCOMPP→設置FT為TSAI→右鍵該property,Assign將屬性賦予到網格上。設置顯示方式為2D Detailed和Composite Layers。


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖34)


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖35)


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖36)


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖37)


創建設計變量:Optimization→free size創建一個設計變量desvar1→在composites更新優化后的總厚度范圍。


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖38)


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖39)


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖40)


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖41)


創建響應:responses→創建質量響應→創建柔度響應。


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖42)


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖43)


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖44)


創建約束:dconstraints→創建質量約束,總質量不高于1kg。


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖45)


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖46)


設置輸出信息:FSTOSZ(自由尺寸到尺寸)。



AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖47)


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖48)


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖49)


開始自由尺寸優化:OptiStruct。


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖50)


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖51)

自由尺寸優化之后,開始設置離散尺寸優化信息。

將優化結果導入并覆蓋現有網格。


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖52)


編輯新出現的每一層的網格信息,使其滿足我們的形狀制造要求。


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖53)


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖54)


對laminate進行重新排序,新排序如下圖,這樣讓鋪層面積大的在層合板中間,鋪層面積小的在外面。


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖55)


設置所有碳纖維層的制造尺寸為0.2mm,設置泡沫層的制造尺寸為1mm。


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖56)


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖57)



刪除原來的鋪層。


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖58)


刪除原有的優化目標、質量約束、柔度響應。


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖59)


創建失效指數響應,創建約束失效指數不大于0.5,優化目標創建為最小化質量。


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖60)


將輸出修改為SZTOSH。然后進行優化。


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖61)


優化結束后可以通過view.out查看優化過程信息。導入優化結果FEM文件,查看結果,可以得到鋪層信息,同時,測量質量可以看到優化后質量減小。


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖62)


AERO-Segway電動方程式減重與HyperMesh復合材料仿真入門(圖63)


五、我的公開課-賽車與復合材料

復合材料鋪層優化在單體殼設計中無法發揮太大作用,因為規則對單體殼各部分的鋪層有嚴格的強度要求,不只是需要滿足于賽車的正常駕駛,還要滿足防撞要求。復合材料鋪層優化的作用更多體現在其他不受規則限制的零部件,比如碳纖維輪輞等。


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