基于ANSYS的复合材料强度分析开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

复合材料，是指由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学方法，在宏观或微观上组成具有新性能的材料。其通常由基体材料和增强材料两大部分组成，组成材料之间具有明显的界面，宏观上呈现出各向异性的特性。复合材料不仅保持了组成材料自身原有的一些优良性能，且彼此补偿，产生了一些新的优良特性。

随着科技的快速发展，复合材料在各行各业的发展与应用愈加广泛，相比于钢铁和有色合金材料，复合材料具有比重小、比强度和比模量大，化学稳定性优良，耐热，等特点，因此受到各个行业的青睐。玻璃钢是近五十多年来发展迅速的一种复合材料，因其性能的适应范围广泛，所以市场开发前景十分广阔。玻璃钢强度大，质量轻，飞机上用它作油箱和管道以此来减轻飞机的重量。此外，在我国的汽车，造船等行业均有着广泛的应用。据有关资料统计，目前世界各国开发的复合材料产品的种类已达约四万种，我国复合材料工业经过四十多年来的发展，也已在国民经济各个领域中取得了成功的应用。主要应用有：建筑行业、电子工业、汽车及铁路交通运输、化学化工行业、基础设备市场等。

然而，由于影响复合材料强度的因素很多，如纤维断裂，基体开裂，分层，基体纤维剪切破坏等，失效形式的多样性，使得强度预测变得比较复杂，为了使复合材料能在各领域得到更广阔的发展前景与应用，对复合材料进行强度预测和失效分析就显得尤为重要。早期chang等对开孔复合材料层合板进行了面内拉伸失效分析，建立了不同的层合板有限元模型，提出了平面应力失效准则，预测了层合板的首层失效强度和最终失效强度；tserpes等人开发了一种三维逐渐损伤模型来模拟单钉单搭接复合材料层合板螺栓连接接头在拉伸载荷下的失效。该模型可用来模拟任意铺层顺序、几何外形以及螺栓所处位置的层合板；liu等基于连续损伤力学理论，建立三维有限元模型，提出了一种基于能量的刚度降解模型来预测铝碳复合材料层合板的渐进失效。ansys作为大型通用有限元软件，在有限元分析上得到广泛应用。本文旨在通过有限元法分析研究玻璃钢复合材料的强度问题，这对复合材料结构设计和应用的安全可靠性具有重大意义。

2. 研究的基本内容与方案

1.基本内容:(1)复合材料的强度计算；(2)ansys中的复合材料强度分析方法针对玻璃钢复合材料的强度问题，使用ansys有限元软件建立玻璃钢复合材料实体有限元模型。根据复合材料的强度理论，不可用主应力，主应变来判断复合材料的强度。本文拟采用逐渐失效的分析方法模拟完好的玻璃钢复合材料的失效过程。ansys本身含有最大应力准则、最大应变准则和蔡—吴张量准则。单元类型拟采用shell181有限应变壳单元，这种单元几乎支持所有的包括大应变在内的材料的非线性行为。采用ansys对复合材料强度进行分析的基本步骤如下：1.建立结构的几何模型；2.建立材料模型；3.根据结构特征和计算要求，选择不同单元类型并设置单元属性，设置实常数；4.网格划分；5.施加载荷及设定约束条件，根据实际情况定义边界条件，若建立1/4或1/2模型，需施加对称约束；6.分析设定并提交计算，设定分析类型，选择分析方法，求解器及相关的一些参数等；7.结果后处理，在结果处理时需要注意同种复合材料在不同铺层方向的层之间界面的应力应变情况。在进行复合材料结构分析时，采用单层模量退化的估算方法，即将带有裂纹层的横向模量，剪切模量及泊松系数全部用一组新值代替。

2.目标：通过大型通用有限元软件，建立基于ansys的复合材料强度分析的基本方法

3．技术方案及措施：文献综述，理论研究，有限元分析。

3. 研究计划与安排

第1～3周：根据任务书要求，撰写开题报告，完成英文文献翻译；

第4～5周：阅读、学习复合材料的相关知识；

第6～8周：学习使用ansys有限元软件；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]薛忠民.中国玻璃钢/复合材料发展回顾与展望[j].玻璃钢/复合材料,2015,01:5-12.

[2]栾桂卿,苗会文,谭军波,等.中国复合材料船艇工业的发展现状和展望[j].玻璃钢/复合材料,2012,02:94-98.

[3]王景春，王庭慰，肖峰，等.基于ansys的复合材料层合板的拉伸失效模拟[j].塑料,2012,04:94-97.