基于托架模型的Fibersim铺层设计方法研究.pdf
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1、第2 期2023年6 月纤维复合材料FIBERCOMPOSITESNo.263Jun.2023基于托架模型的Fibersim铺层设计方法研究陈英函,周磊,王清民,朱楠,陈宇宁,王梓桥(哈尔滨玻璃钢研究院有限公司,哈尔滨150 0 2 8)摘要Fibersim是一款复合材料铺层设计及工业仿真专业软件,可以通过创建层压板等信息对复材零件进行定义并可以通过软件自带的导人导出接口实现铺层设计与有限元仿真之间的交互。本文利用Fibersim进行托架模型铺层设计,将设计完整的实际铺层等信息导入到仿真软件中进行有限元仿真并与基于理想铺层设计出的托架模型做对比,分析发现在模型受压时所得出的Mises应力结果图
2、保持一致,验证了Fibersim联合仿真进行铺层设计的可靠性。对比分析了改变铺层顺序对受压托架模型的影响,结果表明,改变铺层顺序对应力结果无影响。关键词Fibersim;复合材料;铺层设计;有限元仿真Study of Fibersim Lay-up Design Method Basedon the Bracket ModelCHEN Yinghan,ZHOU Lei,WANG Qingmin,ZHU Nan,CHEN Yuning,WANG Ziqiao(Harbin FRP Institute Co.,Ltd.,Harbin 150028)ABSTRACT Fibersim is a pr
3、ofessional software of composite material lay-up design and industrial simulation.It can de-fine the composite parts by creating the laminate plate and other information,and can be through the import and export inter-face realize the interaction between the lay-up design and the finite element simul
4、ation。T h i s p a p e r u s e s Fi b e r s i m t o d e s i g nthe bracket model lay-up,import complete design of actual lay-up information into the simulation software for finite ele-ment simulation and compared with the bracket model based on the ideal lay-up design,the analysis results show that t
5、heMises stress are consistent when the model is pressed,and verifies the reliability of Fibersim joint simulation for lay-up de-sign.The effect of changing the lay-up order on the pressure bracket model is analyzed,and the lay-up order has noeffect on the stress result.KEYWORDS Fibersim;composite ma
6、terial;lay-up design;finite element simulation料铺层角度等方面的设计对产品性能有直接影响,1引言所以很多研究人员对复合材料铺层结构展开了研碳纤维复合材料由于具有比强度高,比模量究。KIML41等人通过采用不同的缠绕方式,铺层顺高,可设计性强等优点被广泛应用于航空航天等领序以及铺层数设计了六组复合材料传动轴并进行了域1-2 ,同时在汽车零部件等民用产品中也有大量扭转的有限元仿真,仿真结果显示当缠绕角度为的应用3。在复合材料产品成型的过程中,复合材45时复合材料承受的扭矩最大。Badie5等人对不通讯作者:陈英函,硕士,助理工程师。研究方向为复合材料结
7、构设计与仿真。E-mail:137 40 57 7 40 q q.c o m64同铺层角度的碳纤维管进行有限元分析,得出碳纤维铺层45主要是承受扭转力,并且发现在碳纤维管铺层设计中适当增加0 和9 0 铺层可以提高抗扭刚度。赵雄翔6 等人基于应变能对风力叶片进行了铺层结构的优化设计,在降低质量的同时提高了静态刚强度。孟鑫沛7 等人对无人机起落架的弓形梁尺寸和材料铺层进行了优化,降低了起落架弓形梁的质量,显著提高了缓冲吸能特性。由此可以看出在复合材料产品的成型过程中,铺层设计及优化显得极为重要。Fibersim是一款集复合材料设计、分析、制造于一体的数字化软件8 ,其可以对复合材料与设计中高度复
8、杂性问题进行处理,国内秦晓宇9 等人利用Fibersim软件针对碳纤维复合材料油底壳进行设计,最终依据合格率和完整率确定设计中最佳的剪口方案。王招10 等人基于Fibersim的铺覆方法探索实际铺覆与理论设计的偏差,分析其原因并通过实际运用推论“ToCurve”模拟实际铺覆的合理性。得出利用“ToCurve”铺覆方法论最贴近实际的结论。基于Fibersim在复合材料铺层设计具有专业性和独特性并且可以通过自带接口实现与仿真交互的特点,本文利用Fibersim设计得到实际铺层下的托架模型与理想铺层设计出的托架模型做承力对比,并分析对比了改变铺层顺序对受压托架模型的影响。2Fibersim 铺层设计
9、流程Fibersim作为一款能够高效处理复杂复合材料零件铺层设计的工具,可以完全集成于三维CAD软件。Fibersim基于三维制图软件进行铺层设计的步骤如图1所示,具体流程为:(1)利用三维制图软件进行三维模型的创建;(2)提取模型的贴膜面和基于贴膜面上的边界;(3)基于模型的厚度与铺层角度进行复合材料的铺层设计;(4)将设计数据导人到仿真软件中;(5)对模型进行网格划分和加载,设置求解;(6)输出结果并查看其应力图,若不符合要求,则重新设计铺层并重复(3)(6)步骤。纤维复合材料三维模型的创建提取模型的贴膜面和边界,设置铺层原点与0 方向立基于厚度与铺层角进行复合材料的铺贴将模型以及铺层数据
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