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复合材料叶片有限元分析董沛 高级应用工程师安世亚太科技（北京）有限公司内容简介v复合材料的特点复合材料的特点v叶片有限元分析的特点叶片有限元分析的特点vANSYS在叶片分析中的优势在叶片分析中的优势v叶片有限元分析技术叶片有限元分析技术建模与单元选择建模与单元选择坐标系坐标系铺层设计技术铺层设计技术约束方式约束方式载荷与施加载荷与施加结果评价结果评价v算例：叶片模态分析算例：叶片模态分析复合材料的特点比重小比强度比模量大结构多样纤维、夹层、细粒、混杂叶片有限元分析的特点建立模型形状不规则(每个截面都不同)铺层复杂、过渡层很多大量夹层结构（“三明治”结构）大量粘结区域载荷分布不规则v材料材料v模型模型具体叶片分析技术建模与单元选择坐标系约束方式载荷设计与施加铺层设计技术结果评价5建模与单元选择6v结构形式：结构形式：夹层结构夹层结构复合材料铺层复合材料铺层v传力形式传力形式v单元选择单元选择建模与单元选择7推荐单元叶片建模仅使用壳单元仅使用壳单元使用实体单元使用实体单元壳单元和实体单元壳单元和实体单元SHELL91SOLID46SHELL91+SOLID46建模与单元选择 可以模拟夹芯结构灵活的节点偏置，设置蒙皮与主梁的连接SHELL91单元：8节点外置节点居中梁与蒙皮的连接建模与单元选择根据真实结构建立3D模型9SOLID46单元：单元：坐标系复合材料叶片建模复合材料叶片建模复合材料叶片建模复合材料叶片建模时时基于基于基于基于单单元坐元坐元坐元坐标标系，需要保持系，需要保持系，需要保持系，需要保持单单元坐元坐元坐元坐标标系的一致性系的一致性系的一致性系的一致性 ：v在在进行复合材料行复合材料结构建模构建模时，有，有时结构几何比构几何比较复复杂，很，很难用用统一的坐一的坐标来来确定确定单元坐元坐标系。系。10v总体坐体坐标系系v单元坐元坐标系系v节点坐点坐标系系v结果坐果坐标系系坐标系11铺层设计技术12NuMad for ANSYS不同颜色代表不同材料铺层不同颜色代表不同材料铺层约束方式根部全位移约束载荷设计与施加 v简化计算把叶片把叶片简化化为一一维悬臂梁，臂梁，载荷随叶片荷随叶片长度度线性加性加载v理论计算wilson理理论、动量理量理论、叶素理、叶素理论、片条理、片条理论、叶、叶栅理理论等等等等v数值计算流固耦合流固耦合模模拟真真实的叶片受力情况的叶片受力情况计算算载荷荷为面面载荷荷ANSYS+CFX流固耦合流固耦合结果评价结果的合理性结果的误差评估失效准则结果的校核失效准失效准失效准失效准则则最大应变最大应力Tsai-Wu叶片模态分析T