مراحل حل مساله پروژه
1- تعریف نوع المان
برای تحلیل مواد مرکب ANSYS المانهای،SHELL63، SOLID46، SHELL99، SHELL 91 تعریف شده اند که بسته به نیاز می توان هر یک از آنها را استفاده کرد.
SHELL 99
این المان از نوع نقطه ای و یک المان سه بعدی با 6 درجه آزادی (RotZ و Roty و Rotx و Uz و Uy و Ux) در هر نقطه می باشد. این المان طراحی شده تا بوسیله آن صفحاتی با ضخامت کم و یا متوسط و سازه های پوسته ای با ضریب افزایش ضخامت 10 برابر و یا بیشتر را مدل سازی کند. البته برای سازه هایی با ضریب ضخامت کمتر می توان از المانهای Solid 46 و Shell 91، استفاده کرد. همچنین این المان اجازه می دهد تا 100 لایه با ضخامت یکسان داشته باشیم و در صورتی که بیش از 100 لایه احتیاج باشد می توان ماتریس مواد را به صورت دستی وارد ساخت و همچنین این المان اجازه می دهد تا محاسبات معیار شکست نیز انجام شود.
SHELL 91
این المان شبیه المان Shell 99 می باشد با این تفاوت که تنها اجازه ایجاد 16 لایه به پایین را می دهد و قابلیت دریافت ماتریس مواد را ندارد، البته این المان ویژگی این را دارد تا رفتار پلاستیک و رفتار تحت فشارهای بزرگ را تحلیل کند که Shell 99 قادر به تحلیل آن نمی باشد.
Solid 46
این المان یک نسخه از المان Solid 45 می باشد که برای تحلیل مواد مرکب به صورت لایه ای تعریف شده است و دارای 8 نقطه، المان حجمی سه بعدی و دارای سه درجه آزادی (Uz، Uy، Ux) می باشد این المان طراحی شده تا بوسیله آن بتوان صفحات و اجسام لایه ای متشکل از مواد مرکب را مدلسازی کرد و می توان تا 100 لایه را در هر المان بوجود آورد. یکی از ویژگیهای این المان این است که می توان مقدار زیادی المان را روی هم قرار داد تا بتوان بیش از 100 لایه را نیز مدل کرد و به این ترتیب اجازه انجام تغییر شکلهای درون لایه ای شیبدار ناپیوسته داده می شود . همچنین وارد کردن ماتریس خواص مواد تشکیل دهنده نیز در این المان فعال می‌باشد.
این المان دارای یک سختی موثر در محورهای متقاطع می باشد که اجازه تنشهای غیر صفر، تنش و کرنش و جابجایی در محورهای متقاطع را می دهد و همچنین معیارهای شکست می تواند تعیین شده باشد.
در این پروژه به علت شکل و خواص فیزیکی نمونه، از المان Solid 46 استفاده شده است.
تعیین ویژگیهای لایه بندی
مهمترین مشخصه یک ماده مرکب ترتیب لایه بندی آن می باشد. هر لایه ممکن است از ماده ارتوتروپیک متفاوتی ساخته شده باشد و ممکن است که هر لایه محورهای اصلی خودش با مرجعی متفاوت داشته باشد. برای مواد مرکب الیافی، جهت الیاف تعیین کننده مبدا مختصات هر لایه است.
در حالت کلی دو روش برای تعیین ترتیب لایه بندی مواد در دسترس می باشد:
1- لایه بندی به وسله مشخص کردن ویژگیهای هر لایه به صورت انفرادی.
2- تعیین کردن ماتریس ساختمان مواد که ارتباط دارد با تعمیم نیروها و گشتاورها برای تعمیم تنش و کرنش، فشار و خمش (این مورد فقط برای المان های Solid 46 و Shell 99 قابل اجرا است).
الف) مشخص کردن ویژگیهای هر لایه به صورت انفرادی
با این روش ترتیب لایه ها به صورت تک تک و از پایین به بالا مشخص می شود. لایه پایینی را با شماره یک و لایه های اضافه شده در جهت مثبت محور Zهای مبدا مختصات المانها از پایین به بالا مستقر می شوند. در المانهای Solid 46 و Shell 99 این اجازه را می دهند تا در صورتی که مدل به صورت متقارن لایه گذاری شده باشد، فقط برای نیمی از لایه ها مشخصات مواد را تعیین کنیم.
برای هر لایه می توان ویژگیهای مواد (بوسیله تعیین شماره ماده)، زاویه مبدا هر المان (زاویه الیاف Theta) و ضخامت هر لایه (TK) را تعیین کرد.
حداقل اطلاعات لازم برای تحلیل مسایل مواد مرکب وارد کردن ویژگیهای مواد قید شده در زیر به Ansys می باشد.
1- مدول یانگ (E)
2- چگالی (DENS)
3- مدول برشی (G)
4- ضریب پوآسان (PR, NU)
لازم بذکر است که ضریب پوآسان دارای دو نوع ماژور و مینور می باشد که در اکثر موارد تجربه نشان داده در مواد مرکب لایه ای ضریب مورد نیاز همان ضریب پوآسان ماژور می باشد.