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FRP玻璃鋼復(fù)合材料論壇

標(biāo)題: 先進(jìn)的復(fù)合材料分析軟件—Laminate Tools [打印本頁]

作者: caefinder 時間: 2010-10-3 14:27
標(biāo)題: 先進(jìn)的復(fù)合材料分析軟件—Laminate Tools
先進(jìn)的復(fù)合材料分析軟件—Laminate Tools
CAEDA編譯
一、前言
復(fù)合材料擁有輕質(zhì)高強(qiáng)、性能各向異性和結(jié)構(gòu)可設(shè)計性等特點，在航空航天、汽車、船舶等領(lǐng)域的應(yīng)用已越來越廣泛。但復(fù)合材料鋪層結(jié)構(gòu)設(shè)計較為復(fù)雜，性能分散性大，工藝質(zhì)量不夠穩(wěn)定，這些問題和缺陷使復(fù)合材料的進(jìn)一步推廣應(yīng)用遇到了阻礙。為解決上述問題，多種結(jié)構(gòu)、力學(xué)分析軟件及工藝模擬仿真軟件被開發(fā)、運(yùn)用于復(fù)合材料的設(shè)計和制造中，英國Anaglyph軟件公司推出的Laminate Tools（簡稱LT）就是其中獨(dú)具特色的一款。
作為一款在Windows操作系統(tǒng)環(huán)境下運(yùn)行的復(fù)合材料分析軟件，Laminate Tools的革命性在于它集復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計、分析和制造于一身，專注復(fù)合材料從設(shè)計、分析、檢查到制造的整個結(jié)構(gòu)設(shè)計流程，由此關(guān)聯(lián)了不同學(xué)科，并吸收了從1991年以來被全世界復(fù)合材料專家所證實的核心技術(shù)，從而超越了現(xiàn)有許多產(chǎn)品只關(guān)注一個特定領(lǐng)域的特性。與此同時，極低的性價比又使它成為一款大多數(shù)用戶都買得起的軟件。因此，從2002年1月推出第一個版本起，隨著版本的不斷提高、功能的不斷增強(qiáng)，Laminate Tools越來越成為一款設(shè)計師和分析師都不能忘記的優(yōu)秀產(chǎn)品。
二、Laminate Tools功能介紹
Laminate Tools由顯示、設(shè)計、分析、檢查以及制造工藝5個功能模塊組成，分別涵蓋了三維模型可視化顯示、材料鋪層等信息建立與編輯、層合板性能生成、商業(yè)化有限元軟件結(jié)果可視化檢查以及制造工藝信息及下料圖形的輸出。以下分別對上述各功能模塊進(jìn)行介紹：
1、顯示模塊
該模塊是Laminate Tools的核心，其他模塊要想發(fā)揮功能必須借助該模塊。顯示模塊的界面如圖1所示，其功能如下：
（1）讀取各種各式的文件，包括：行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)*.Layup文件，NASTRAN的*.nas 、 *.bdf 及* .fem等輸入文件，Ansys的*.cdb文件，F(xiàn)iberSIM的 *.fml數(shù)據(jù)文件，以及CAD的STL格式文件；
（2）顯示模型特征的分級視圖，并立即顯示樹形節(jié)點的相互關(guān)系；
（3）以多種模式和多視角顯示模型網(wǎng)格，有透視圖、剪切視圖、拾取視圖、印刷視圖等；
（4）顯示材料特征，覆蓋和量化使用方法；
（5）顯示單層覆蓋、纖維取向、鋪覆圖案、平面樣板圖、邊界、材料、物理和鋪覆特征和源于每層的鋪層；
（6）顯示偏移定義；
（7）顯示從層建立的鋪層特性；
（8）顯示每個有限元層合特性細(xì)節(jié)；
（9）顯示厚度分布；
（10）觀看、輸出和打印細(xì)部信息，下到每個單元。

圖1 顯示模塊界面
2、設(shè)計模塊
設(shè)計模塊的界面如圖2(a)、(b)所示，該模塊功能如下：
（1）創(chuàng)建和修改材料、單層、偏置和鋪層，處理結(jié)構(gòu)中所有與復(fù)合材料相關(guān)的問題；
（2）使用子層，以隔開結(jié)構(gòu)部件；
（3）通過被測試驗證過的鋪覆模擬算法來進(jìn)行單層的創(chuàng)建和修改，通過Simulayt鋪層技術(shù)來使用從1991年來全世界數(shù)以萬計的復(fù)合材料專家所證明了的核心技術(shù)；
（4）鋪覆選擇，包括開口、同一單層中不同部分鋪覆順序、織物尺寸限制和種子曲線限制等，以跟隨特定結(jié)構(gòu)特征；
（5）導(dǎo)入FiberSIM的 *.fmd (*.fml 目錄)文件，以便能讀入單層信息到已存在的網(wǎng)格，從而創(chuàng)建整個結(jié)構(gòu)層；
（6）導(dǎo)入PlyMaster的電子表格數(shù)據(jù)，以便自動創(chuàng)建已有網(wǎng)格的鋪層；
（7）可以保存成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)文件格式。

(a) 鋪層創(chuàng)建

(b) 鋪層數(shù)據(jù)導(dǎo)入與修改
圖2 設(shè)計模塊界面
3、檢查模塊
該模塊是Laminate Tools的一個強(qiáng)大的部分，能提供快速和便捷的有限元分析結(jié)果后處理。該模塊功能如下：
（1）讀取NASTRAN軟件的結(jié)果格式文件(*.op2, *.f06)進(jìn)行后處理；
（2）讀取ANSYS結(jié)果文件(*.rst)進(jìn)行后處理；
（3）輸出每層每個工況的應(yīng)力曲線，或者多層組成一組/或者多種工況和處理最差值（包線）；
（4）輸出每層或者層界面的NASTRAN失效指數(shù)結(jié)果；
（5）使用大量的失效理論（包括用戶自定義的），基于導(dǎo)入的有限元應(yīng)力結(jié)果，創(chuàng)建失效指數(shù)、安全裕度或者預(yù)留因子，可以基于應(yīng)力或者應(yīng)變來進(jìn)行計算；
（6）在不需要有限元重新求解的前提下對整個鋪層結(jié)構(gòu)進(jìn)行小的修正和交互顯示重分配層的應(yīng)力和失效計算；
（7）通過逐層的單元厚度、輸出應(yīng)力和失效指數(shù)等的曲線，清楚標(biāo)識出重要應(yīng)力分量和問題點；
（8）輸出原始全局層的任意結(jié)果曲線，讓載荷路徑顯得清晰和正確的解釋優(yōu)化策略；
（9）導(dǎo)出層合板和每個單元的載荷信息到LAP，為在進(jìn)行一個新的有限元分析之前進(jìn)行額外的檢查和實驗，改善鋪層順序；
（10）交互計算和輸出類似上面的應(yīng)變結(jié)果。
簡言之，檢查模塊能夠使設(shè)計師立即領(lǐng)會任何工況（或多工況）對層合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的影響，能夠快速圈定危險點范圍，識別問題，快速評估校正方法，并且采取正確行動。同樣的，過度的保守特征也能被快速識別并采取優(yōu)化措施。檢查模塊節(jié)省了團(tuán)隊時間和幫助避免設(shè)計失誤。圖3與圖4即為檢查模塊應(yīng)用的兩個實例。

圖3 F1賽車一個部件的有限元分析結(jié)果檢查

圖4 艦艇項目的過載區(qū)域檢查
4、分析模塊
分析模塊界面如圖5所示，該模塊功能如下：
（1）基于設(shè)計模塊創(chuàng)建的鋪層信息，或者從*.Layup文件直接讀取，或者通過FiberSIM的文件（設(shè)計模塊）導(dǎo)入，創(chuàng)建層合板特性數(shù)據(jù)進(jìn)行有限元分析；
（2）寫入包括所有層合板信息的NASTRAN或者ANSYS格式的輸入文件，也即轉(zhuǎn)換鋪層信息到有限元特性，為分析做準(zhǔn)備（PCOMP卡片或者SECTION或者Real Constants）；
（3）內(nèi)嵌支持NASTRAN的文件格式，聯(lián)系網(wǎng)格特征到原始全局單層。

圖5 分析模塊界面
5、制造模塊
制造模塊界面如圖6所示，該模塊功能如下：
（1）輸出DXF或者IGES格式的平面樣板圖或者鋪覆樣板圖用來嵌套剪裁或者CAD系統(tǒng)；
（2）導(dǎo)出表格格式的完整或者部分單層信息表，以及單層鋪覆的圖表和特征，可以輸出到標(biāo)準(zhǔn)HTML格式（網(wǎng)頁瀏覽格式），以達(dá)到最大兼容性，或者針對公司的特定定制導(dǎo)出到微軟WORD（可選）格式；
（3）自動擴(kuò)展DXF格式平面樣板圖的外邊界輪廓線，以備后期剪裁；
（4）導(dǎo)出激光數(shù)據(jù)到激光投影系統(tǒng)，進(jìn)行無縫制造；
（5）導(dǎo)出到模具表面以用于CAD；
（6）處理多種已存在的平面樣板圖鋪覆在模具上，支持有限寬度重疊窄條的創(chuàng)建并導(dǎo)出到CAD系統(tǒng)。

圖6 制造模塊界面
三、Laminate Tools操作流程及典型應(yīng)用
Laminate Tools典型的操作流程如下：
（1）利用CAD軟件定義幾何模型曲面后，利用預(yù)定的有限元前處理器在曲面上創(chuàng)建網(wǎng)格；
（2）利用Laminate Tools工具，用復(fù)合材料織物對曲面進(jìn)行鋪覆，并建立整個結(jié)構(gòu)的鋪層；
（3）將Laminate Tools所建鋪層的單層信息轉(zhuǎn)換為層狀材料特性；
（4）用專業(yè)有限元分析軟件對Laminate Tools所建層合材料進(jìn)行有限元求解；
（5）利用Laminate Tools對有限元分析結(jié)果進(jìn)行后處理，并顯示后處理結(jié)果；
（6）用Laminate Tools輸出單層裁切圖形樣板。
通過以上流程，Laminate Tools即可集成設(shè)計、分析和制造的相關(guān)軟件，形成簡易的復(fù)合材料分析、設(shè)計環(huán)境，進(jìn)行以下的典型應(yīng)用：
（1）材料鋪覆模擬，如圖7、圖8所示；
（2）用Laminate Tools建立的鋪層，可以用來轉(zhuǎn)換單層信息到適合進(jìn)行有限元分析的層狀材料特性，然后在所選用的有限元軟件中使用該信息；
（3）以適用于復(fù)合材料的特定方式對有限元分析結(jié)果進(jìn)行后處理，包括審查單獨(dú)全部全局層的能力，如圖9所示；
（4）使用層的信息進(jìn)行制造，包括嵌入和切削，平面樣板圖的輸出，或者使用激光工具把層的輪廓投影在模具表面上，如圖10所示；
（5）簡單觀看、審查和批準(zhǔn)設(shè)計中的結(jié)構(gòu)特征，在部門間或者轉(zhuǎn)包商之間進(jìn)行數(shù)字信息交流，獲得最優(yōu)結(jié)構(gòu)和最小化誤差，并且在部件性能上讓可信度最大化。

圖7 模擬鋪覆高曲率曲面

圖8 試驗結(jié)構(gòu)的鋪覆模擬結(jié)果

圖9 顯示高應(yīng)力單元逐層應(yīng)力分布的獨(dú)特視圖

圖10 作為制造項目一部分的平面樣板圖
四、總結(jié)
總的來說，聚焦于層合復(fù)合材料的Laminate Tools橋接了復(fù)合材料設(shè)計、分析和制造的整個流程，強(qiáng)大的可視化功能使其在審核設(shè)計和查明材料特性需要審查的問題區(qū)域時極具使用價值，創(chuàng)建復(fù)雜層合板的功能使其在處理大量鋪層信息時極其有用，創(chuàng)建并輸出單層信息表的功能使其在逐層檢查和鋪層可視化上極具優(yōu)勢。Laminate Tools使用至今，已被證明是在分析和設(shè)計師之間分享信息的高效工具，它的推廣必將推動復(fù)合材料在更多領(lǐng)域、更廣范圍內(nèi)的應(yīng)用。[url]www.caeda.com.cn[/url]

作者: caefinder 時間: 2010-10-11 08:38
附件完整介紹：復(fù)合材料設(shè)計分析制造一體化平臺

作者: caefinder 時間: 2010-11-3 10:02
road map

作者: tayu 時間: 2010-12-8 15:50
謝謝樓主分享 [s:1]

作者: caefinder 時間: 2010-12-23 09:49
一個分析過程演示

作者: caefinder 時間: 2011-7-5 15:53
LAP (Laminate Analysis Program)
專業(yè)復(fù)合材料設(shè)計工具
   軟件背景
LAP (Laminate Analysis Program) 是一個專業(yè)進(jìn)行復(fù)合材料層合板設(shè)計和分析的軟件工具。經(jīng)過多年在國際復(fù)合材料領(lǐng)域的實踐和應(yīng)用，LAP已經(jīng)成為此類軟件中集用戶友好性和強(qiáng)大功能性于一身的最佳工具，在世界范圍內(nèi)的設(shè)計者以及研究者中有著廣泛應(yīng)用。
該軟件在特點上強(qiáng)調(diào)了軟件的易用性，并選用了快速、高效和穩(wěn)健的求解器。在數(shù)據(jù)操作和結(jié)果檢視中的圖形化界面，可以保證用戶快速熟悉和深入理解復(fù)合材料層合板的行為特征。該程序強(qiáng)大的功能使其成為可滿足復(fù)合材料專家們復(fù)雜需求的完美工具，同時也可以使新手們在極短的時間內(nèi)完成簡單的任務(wù)。該軟件的特色是在航空、造船、賽車等工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，同時也可應(yīng)用于學(xué)術(shù)性和專業(yè)性的課堂教學(xué)中。
經(jīng)過廣泛的測試，和以前版本在實際中多年的應(yīng)用經(jīng)驗，證明了LAP是一個可靠、準(zhǔn)確的復(fù)合材料分析解決方案。
   系統(tǒng)需求
個人電腦要求配備Intel奔騰或其他可兼容的處理器，Windows 95/98/NT/2000/XP操作系統(tǒng)，64 Mb內(nèi)存，10 Mb硬盤空間，推薦高分辨率顯示器，以及安裝需要的CM-ROM。
關(guān)于LAP軟件的詳細(xì)信息，相似產(chǎn)品以及未來開發(fā)情況，可登陸[url]www.caeda.com.cn[/url]網(wǎng)站進(jìn)行查詢。
   最新版本LAP  4.0的特征
1. 模塊化設(shè)計可滿足使用靈活性和價值最大化的需求
2. Design設(shè)計模塊提供了層合板設(shè)計的獨(dú)特方法
3. 缺口/無缺口壓縮強(qiáng)度的BFS失效判據(jù)
4. 用戶可自定義失效判據(jù)
5. 新增的導(dǎo)入/導(dǎo)出特性
6. 用戶使用界面的眾多改善
   產(chǎn)品簡介
LAP可以做什么？
LAP程序可以用來對任何承受面內(nèi)載荷和力矩的復(fù)合材料層合板進(jìn)行深入分析。由于平板層合板材料除厚度外外沒有尺寸的限制，所以對任意復(fù)合材料部件，在已知載荷或變形的情況下都可以進(jìn)行進(jìn)行分析。
通常，該軟件應(yīng)用于復(fù)合材料部件的初步設(shè)計，首先定制層合板各層的堆疊次序，然后用有限元等其他方法對部件進(jìn)行分析，最后通過逐層檢查層合板的行為特征，對設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化。
Basic模塊
Basic模塊（基本模塊）提供了線性分析功能：
• 支持固化、吸濕、熱學(xué)及力學(xué)等載荷形式，且載荷的效果可以單獨(dú)進(jìn)行觀察。
• 力學(xué)載荷可以通過隨意施加順序的載荷和/或形變分量進(jìn)行定義。
• 名義纖維體積分?jǐn)?shù)的制造誤差效應(yīng)可被獨(dú)特地進(jìn)行考慮。
• 結(jié)果包含有效剛度、有效濕熱系數(shù)、求解矩陣和向量，各層應(yīng)力/應(yīng)變，偏移變形，極坐標(biāo)繪圖，以及用多種失效理論得出的失效指數(shù)等。
LAP圖形化的用戶界面包含一個高度專業(yè)、水平先進(jìn)和高技術(shù)含量的軟件產(chǎn)品的所有特征：
• 利用undo/redo方便數(shù)據(jù)輸入。
• 數(shù)據(jù)導(dǎo)入和導(dǎo)出的接口。
• 對文本和圖形可進(jìn)行專業(yè)水準(zhǔn)的打印輸出。
• 交互式的幫助和打印文檔，包含所有理論背景知識。
• 可以定制工作任務(wù)的單位

Non-Linear模塊
在Non-Linear非線性模塊中，層合板的力學(xué)剛度性能可以作為局部應(yīng)力或應(yīng)變的分段函數(shù)進(jìn)行定義，還可以對層失效的剛度折減系數(shù)進(jìn)行設(shè)置。
深入理解復(fù)合材料部件在高應(yīng)力狀態(tài)下的響應(yīng)情況，提高了設(shè)計工作的信賴度。

Design模塊
可供用戶選擇的Design設(shè)計模塊，為LAP引入了一種功能：設(shè)計出一種最優(yōu)化的對稱層合板，來滿足一組包含各自剛度和強(qiáng)度常數(shù)的力學(xué)載荷。用戶在設(shè)計過程中可控制包含材料和纖維角度等選項，LAP對備選的鋪放順序進(jìn)行全面檢查，最后給出滿足條件的有限集合，供進(jìn)一步的篩選和優(yōu)化。該方法的獨(dú)特價值在于這種概念和應(yīng)用。

Additional Failure Criteria模塊
Additional Failure Criteria附加失效判據(jù)模塊，可以應(yīng)用BFS (Budiansky-Fleck-Soutis) 失效判據(jù)來計算無缺口及有缺口層合板的縱向壓縮強(qiáng)度。
通過用戶提供的函數(shù)，用戶可以結(jié)合線性或非線性強(qiáng)度分析結(jié)果定義個性化的失效判據(jù)，如軟件內(nèi)建的失效判據(jù)具有相同效果。

作者: linky 時間: 2011-7-6 16:13
LAP (Laminate Analysis Program)

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