本發(fā)明涉及復(fù)合材料加筋蒙皮-泡沫夾層結(jié)構(gòu)制造技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地，本發(fā)明為復(fù)合材料加筋蒙皮-泡沫夾層結(jié)構(gòu)簡易有限元建模方法。

背景技術(shù)：

與傳統(tǒng)的金屬結(jié)構(gòu)相比，復(fù)合材料加筋蒙皮-泡沫夾層結(jié)構(gòu)具有更高的比剛度和比強度，材料強度可充分利用，其具有力學(xué)性能優(yōu)異等優(yōu)點，因而越來越廣泛地被應(yīng)用于結(jié)構(gòu)輕量化的設(shè)計中。

在復(fù)合材料加筋蒙皮-泡沫夾層結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中，常規(guī)的建模方法是：首先分別建立復(fù)合材料加筋蒙皮有限元模型和泡沫有限元模型，其次將復(fù)合材料加筋蒙皮有限元模型與泡沫有限元模型進行裝配、對應(yīng)的節(jié)點進行耦合，常規(guī)的方法通過上述方式實現(xiàn)對復(fù)合材料加筋蒙皮-泡沫夾層結(jié)構(gòu)有限元建模的建立。

但是，由于復(fù)合材料加筋蒙皮-泡沫夾層結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式很復(fù)雜，在進行模型裝配、節(jié)點耦合的過程中，無法實現(xiàn)所有節(jié)點的一一對應(yīng)耦合，經(jīng)常出現(xiàn)利用待耦合兩個節(jié)點計算出的平均節(jié)點作為共節(jié)點的情況，從而導(dǎo)致耦合計算精度差、節(jié)點間應(yīng)力傳遞效果差、應(yīng)變傳遞效果差等問題。不僅如此，常規(guī)建模方法的模型建立過程繁瑣，存在建模工作量大的問題。

因此，如何提高耦合計算精度、如何提高節(jié)點間應(yīng)力傳遞效果、如何提高應(yīng)變傳遞效果、如何有效地減小建模工作量，成為了本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題和始終研究的重點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有復(fù)合材料加筋蒙皮-泡沫夾層結(jié)構(gòu)的建模方法裝配過程中存在的耦合計算精度差、模型節(jié)點間應(yīng)力傳遞效果差、應(yīng)變傳遞效果差、建模工作量大等問題，本發(fā)明創(chuàng)新地提供了一種復(fù)合材料加筋蒙皮-泡沫夾層結(jié)構(gòu)簡易有限元建模方法，通過實體模型建立、切割、殼體區(qū)域以及泡沫實體區(qū)域建立等方法保證節(jié)點的一一對應(yīng)，避免了常規(guī)建模方法必須計算平均節(jié)點的問題，進而解決了常規(guī)建模方法存在的耦合計算精度差、節(jié)點間應(yīng)力傳遞效果差、應(yīng)變傳遞效果差等問題；通過對建模方法的優(yōu)化和簡化以及建模計算量的減少，本發(fā)明還解決了常規(guī)建模方法存在的建模工作量大的問題。

為實現(xiàn)上述的技術(shù)目的，本發(fā)明公開了一種復(fù)合材料加筋蒙皮-泡沫夾層結(jié)構(gòu)簡易有限元建模方法，該建模方法包括如下步驟，

步驟1，建立一個三維實體模型，所述三維實體模型的外輪廓尺寸為復(fù)合材料加筋蒙皮-泡沫夾層結(jié)構(gòu)的外輪廓尺寸；

步驟2，分割所述三維實體模型，得到泡沫實體區(qū)域，同時得到復(fù)合材料加筋蒙皮和泡沫的分界面；所述分界面為復(fù)合材料加筋蒙皮和泡沫的共用面；

步驟3，在所述分界面上建立一層殼體區(qū)域，并為所述殼體區(qū)域賦予復(fù)合材料屬性、為所述泡沫實體區(qū)域賦予泡沫材料屬性；

步驟4，對所述殼體區(qū)域和泡沫實體區(qū)域進行網(wǎng)格劃分，得到復(fù)合材料加筋蒙皮-泡沫夾層結(jié)構(gòu)的有限元網(wǎng)格模型；

步驟5，設(shè)置所述有限元網(wǎng)格模型的邊界條件；

步驟6，基于所述外輪廓尺寸、復(fù)合材料屬性、泡沫材料屬性及邊界條件提交計算，從而完成對復(fù)合材料加筋蒙皮-泡沫夾層結(jié)構(gòu)的建模。

通過上述的實體模型的建立和分割、殼體區(qū)域和泡沫實體區(qū)域的網(wǎng)格劃分和邊界條件的設(shè)置，本發(fā)明徹底突破了傳統(tǒng)方案先分體建立、再重新組合的方案，不僅有效減小了建模工作量，而且解決了傳統(tǒng)方案由于平均節(jié)點的存在而產(chǎn)生的計算精度差的問題；另外，本發(fā)明提供的建模方法還具有簡單可行、思路清晰、便于技術(shù)人員掌握和使用等突出優(yōu)點，適于大面積的推廣和學(xué)習(xí)。

進一步地，步驟6中，在提交計算前，還包括設(shè)置復(fù)合材料的失效準則的步驟。

進一步地，步驟6中，所述失效準則為hashin失效準則或tsai-wu失效準則。

進一步地，所述hashin失效準則包括：纖維壓縮斷裂失效指數(shù)、纖維拉伸斷裂失效指數(shù)、基體壓縮斷裂失效指數(shù)以及基體拉伸斷裂失效指數(shù)的設(shè)置。

進一步地，步驟3中，所述復(fù)合材料屬性包括鋪層數(shù)目和鋪層角度。

進一步地，步驟3中，所述泡沫材料屬性包括彈性模量、剪切模量以及泊松比。

進一步地，步驟5中，所述邊界條件包括加速度、載荷、位移、慣性中的至少一種。

進一步地，步驟4中，在abaqus環(huán)境下，所述有限元網(wǎng)格模型中，殼體區(qū)域的網(wǎng)格類型為四節(jié)點縮減積分殼單元，泡沫實體區(qū)域的網(wǎng)格類型為八節(jié)點縮減積分實體單元。

進一步地，步驟6中，殼體區(qū)域和泡沫實體區(qū)域相對應(yīng)的節(jié)點進行耦合。

進一步地，在上述的步驟1至步驟6中，本發(fā)明在abaqus環(huán)境下對所述復(fù)合材料加筋蒙皮-泡沫夾層結(jié)構(gòu)進行建模，從而可實現(xiàn)對模型各個性能參數(shù)的分析。

本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明創(chuàng)新地提出了一種改進的復(fù)合材料加筋蒙皮-泡沫夾層結(jié)構(gòu)簡易有限元建模方法，不僅極大地減小了建模工作量，而且有效地提高了耦合計算精度，進而提高了有限元模型節(jié)點間應(yīng)力傳遞效果和應(yīng)變傳遞效果。

另外，基于上述技術(shù)方案，本發(fā)明還具有建模速度快、出錯風(fēng)險低、通用性強、便于被技術(shù)人員掌握、適于大面積推廣使用等突出優(yōu)點，而且本發(fā)明的技術(shù)思路還可推廣應(yīng)用于其他夾層結(jié)構(gòu)的建模。

附圖說明

圖1為復(fù)合材料加筋蒙皮-泡沫夾層結(jié)構(gòu)簡易有限元建模方法的流程示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明復(fù)合材料加筋蒙皮-泡沫夾層結(jié)構(gòu)簡易有限元建模方法進行詳細的解釋和說明。

如圖1所示，本發(fā)明創(chuàng)新地公開了一種復(fù)合材料加筋蒙皮-泡沫夾層結(jié)構(gòu)簡易有限元建模方法，是對傳統(tǒng)有限元建模方法的改進和優(yōu)化。具體地，本發(fā)明提供的復(fù)合材料加筋蒙皮-泡沫夾層結(jié)構(gòu)簡易有限元建模方法可以通過abaqus實現(xiàn)，在abaqus環(huán)境下對復(fù)合材料加筋蒙皮-泡沫夾層結(jié)構(gòu)進行建模，但是，在本發(fā)明提供的技術(shù)構(gòu)思啟示上，本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以考慮在其他三維建模平臺上或結(jié)合其他的平臺實現(xiàn)實現(xiàn)。本發(fā)明的建模方法具體包括如下步驟。

步驟1，建立一個復(fù)合材料加筋蒙皮-泡沫夾層結(jié)構(gòu)的三維實體模型，三維實體模型的外輪廓尺寸為復(fù)合材料加筋蒙皮-泡沫夾層結(jié)構(gòu)的外輪廓尺寸；本實施例中，上述復(fù)合材料加筋蒙皮-泡沫夾層結(jié)構(gòu)的三維實體模型可僅包含復(fù)合材料加筋蒙皮-泡沫夾層結(jié)構(gòu)的外輪廓尺寸信息，比如，復(fù)合材料加筋蒙皮-泡沫夾層結(jié)構(gòu)的外輪廓尺寸為200mm×35mm×100mm，其中，200mm×35mm表示建立的三維實體模型界面外輪廓尺寸，100mm表示三維實體模型長度方向尺寸l。

步驟2，本發(fā)明創(chuàng)新采用建立并分割三維實體模型的方法，具體分割過稱為：分割三維實體模型，得到泡沫實體區(qū)域，同時得到復(fù)合材料加筋蒙皮和泡沫的分界面；上述的分界面為建成后的有限元模型中的復(fù)合材料加筋蒙皮和泡沫之間的共用面。

步驟3，在分界面上建立一層殼體區(qū)域，并為殼體區(qū)域賦予復(fù)合材料屬性、為泡沫實體區(qū)域賦予泡沫材料屬性，泡沫實體區(qū)域最終會被建立為有限元模型中的泡沫部分，殼體區(qū)域最終會被建立為有限元模型中的復(fù)合材料加筋蒙皮部分。本實施例中，復(fù)合材料屬性包括鋪層數(shù)目和鋪層角度，泡沫材料屬性包括彈性模量、剪切模量以及泊松比。

步驟4，對殼體區(qū)域和泡沫實體區(qū)域進行網(wǎng)格劃分，實現(xiàn)對殼體區(qū)域和泡沫實體區(qū)域離散化，并生成節(jié)點，得到復(fù)合材料加筋蒙皮-泡沫夾層結(jié)構(gòu)的有限元網(wǎng)格模型，用于后續(xù)計算。本步驟中，有限元網(wǎng)格模型中，殼體區(qū)域的網(wǎng)格類型為四節(jié)點縮減積分殼單元(abaqus環(huán)境下的名稱為s4r殼單元)，泡沫實體區(qū)域的網(wǎng)格類型為八節(jié)點縮減積分實體單元(abaqus環(huán)境下的名稱為c3d8r實體單元)。

步驟5，設(shè)置有限元網(wǎng)格模型的邊界條件。本實施例中，該邊界條件包括加速度、載荷、位移、慣性中的至少一種。

步驟6，基于外輪廓尺寸、復(fù)合材料屬性、泡沫材料屬性及邊界條件提交計算，計算過程包括殼體區(qū)域和泡沫實體區(qū)域相對應(yīng)的節(jié)點進行直接耦合，由于對應(yīng)的各節(jié)點均是來自于步驟1中建立的三維實體模型，耦合過程中不存在任何偏差，徹底克服現(xiàn)有技術(shù)中耦合計算精度差的問題，不需要計算平均節(jié)點，同時極大地降低了建模工作量。通過上述方法完成對復(fù)合材料加筋蒙皮-泡沫夾層結(jié)構(gòu)的建模。本實施例中，在提交計算前，還包括設(shè)置復(fù)合材料的失效準則的步驟，即基于外輪廓尺寸、復(fù)合材料屬性、泡沫材料屬性、邊界條件以及復(fù)合材料的失效準則提交計算。其中，失效準則可為hashin失效準則或tsai-wu失效準則。

更為具體地，hashin失效準則包括：纖維壓縮斷裂失效指數(shù)(通過在abaqus場輸出變量中輸入關(guān)鍵字“hsnfccrt”實現(xiàn))、纖維拉伸斷裂失效指數(shù)(通過在abaqus場輸出變量中輸入關(guān)鍵字“hsnftcrt”實現(xiàn))、基體壓縮斷裂失效指數(shù)(通過在abaqus場輸出變量中輸入關(guān)鍵字“hsnmccrt”實現(xiàn))以及基體拉伸斷裂失效指數(shù)(通過在abaqus場輸出變量中輸入關(guān)鍵字“hsnmtcrt”實現(xiàn))的設(shè)置。而tsai-wu失效準則可以通過在abaqus場輸出變量中輸入關(guān)鍵字“tsaiw”實現(xiàn)。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“本實施例中”、“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結(jié)合和組合。

以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明實質(zhì)內(nèi)容上所作的任何修改、等同替換和簡單改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。