快速学会一项分析-复合材料的结构分析OS-T: 1060

本教程将带您了解使用PCOMPG卡为复合结构开发铺层定义的过程，并展示使用全局铺层数对结果进行后处理的优点。本文首先介绍了使用PCOMP的传统定义方法，最终展示了在给定场景下使用PCOMPG的实际优势。

在开始之前，将本教程中使用的文件复 制到您的工作目录中。

http://majorv.help.altair.com/minorv/simulation/tutorials/hwsolvers/optistruct/OS-T-1060/frame.zip

图1说明了本教程的模型。由于结构、载荷和边界条件在x轴上是对称的，所以只有一半的结构被建模，并应用合适的边界条件来强制半对称。

图1扭转框架

一、启动HyperMesh并设置OptiStruct用户配置文件

1.启动HyperMesh，用户配置对话框打开。

2.选择OptiStruct，单击确定，这将加载用户配置文件。它包括适当的模板，宏菜单，和导入阅读器，削减HyperMesh的功能到适合是OptiStruct生成模型。 

二、打开模型

1.点击文件>打开>模型。

2.选择下载的文件。

3.单击Open。此时hm数据库被加载到当前HyperMesh会话中，替换任何现有的数据。

三、查看模型设置

结构模型已经建立，无需进一步修改即可求解，提交作业前检查模型设置。

模型的设置是为了进行线性静态分析。如前所述，只有一半的结构被建模;并且为了施加半对称边界条件，对称平面上的所有节点都被约束在DOF1, DOF5和DOF6中。

所有组件都使用PCOMP属性建模，该属性根据单元的法线方向，从底部表面向上列出层(堆叠序列)，如图2所示。

图2 相对于元素法向的层堆叠序列

此模型中名称以“Flange”开头的组件表示不同组件连接在一起的连接点。在复习的同时，仔细观察由Skin和Rib组件组成的法兰区域(下图中高亮显示)。查看Skin_inner、Rib、Flange1_Rib_Skin和Flange2_Rib_Skin组件的层积布局(层积布局如下图底部所示)。

注意:对于Skin_inner、Flange1_Rib_Skin、Flange2_Rib_Skin和Skin_outer组件，很少有常见的层，但在每个组件中以不同的堆叠顺序出现。例如，Skin_inner中的第4层是Flange2_Rib_Skin中的第3层，Skin_outer组件中的第2层。 

图3：Skin_inner、Rib、Skin_outer、Flange1_Rib_Skin和Flange2_Rib_Skin组件的厚度堆叠

1.在2D页面中，单击HyperLaminate。

这将打开超层压板GUI，其中可以定义，审查和编辑层压信息。材料属性和设计变量也可以在这里创建和编辑。

2.展开屏幕左侧树形结构的lamates部分。

3.选择Skin_innerPCOMP。层压板的详细信息出现在GUI中。

4.验证Skin_inner的铺层定义是否匹配下表的前5个条目，这是Flange1_Rib_Skin组件的铺层信息。

5.选择Rib PCOMP，并验证Rib的第3和第4层定义是否与下表中的第6和第7项匹配。

6.选择Flange1_Rib_Skin PCOMP来查看铺层定义。验证Flange1_Rib_Skin的分层定义是否与下表匹配。 

请注意，前5个图层与Skin_inner图层相同，最后两个图层与Rib的第三和第四层相同，如图1所示。可以验证一下其他法兰是如何建模的。 

表1：Flange1_Rib_Skin的层压板性能

7.你也可以复习其他部分。审查完成后，选择File>Exit退出HyperLaminate GUI并返回HyperMesh。

四、提交作业

1.从Analysis页面，单击OptiStruct面板。 

图4访问OptiStruct面板

2.点击另存为。

3.在Save As对话框中，指定写入OptiStruct模型文件的位置，并输入frame_PCOMP作为文件名。对于OptiStruct求解器，.fem是推荐的扩展名

4.单击Save。输入文件字段显示另存为对话框中指定的文件名和位置。

5.将导出选项开关设置为all。

6.设置运行选项切换为analysis。

7.将内存选项切换为memory default。

8.单击OptiStruct以启动OptiStruct作业。

如果作业成功，新的结果文件应该在frame_PCOMP文件所在的目录中。Fem是被导出的。frame_PCOMP.out文件是查找错误消息的好地方，如果存在任何错误，这些消息可以帮助调试输入模型。

写入该目录的默认文件是:

frame_pcompp .html：HTML的分析报告，提供了问题表述和分析结果的总结。

frame_PCOMP.out：OptiStruct输出文件，其中包含有关文件设置、优化问题的设置、运行所需RAM和磁盘空间量的估计、每次优化迭代的信息以及计算时间信息的特定信息。查看此文件，查看警告和错误。

frame_PCOMP.h3d：HyperView二进制结果文件。

frame_PCOMP.res：HyperMesh二进制结果文件。

frame_PCOMP.stat：Summary提供分析过程中每一步的CPU信息。

五、查看Results/Post-processing  

1.从OptiStruct面板中单击HyperView。启动HyperView并自动加载模型结果。

2.点击Close关闭消息窗口。

3.单击Contour 工具栏。

4.选择“结果类型”下面的第一个开关，选择“复合应力”。

5.选择第二个开关，选择P1 (major) Stress.

6.Layers 选项选择3。

7.在Averaging method下面的字段中，选择None。

图5

8.单击Apply，这将勾勒出模型中所有组件的第3层的最大主应力。

9.点击标准视图工具栏中的 Isometric View，即可查看模型，如下图所示。

图6框架顶面应力分布

应力值在顶面区域不是逐渐变化的，而是在Flange2_Rib_Skin分量处突然减小到一个较低的值。

再次查看Flange1_Rib_Skin的层压板属性表，观察到Flange2_Rib_Skin组件的第三层属性是基体材料，与其相邻组件(Flange1_Rib_Skin和Skin_outer)的第三层属性是碳纤维材料。应力值的突然变化是因为显示了两种不同材料上的应力。这个例子表明，为了在PCOMP结果的后处理期间使结果有意义，您必须将铺层结果与其相应的铺层属性关联起来。 

这突出表明，在PCOMP元件的后处理过程中，仅根据层数绘制结果是不够的。在用这种方法进行后处理时，必须跟踪层数属性(材料、厚度、取向、失效指数等)。在使用大型复杂模型的情况下，在后处理过程中跟踪各个层的属性会变得繁琐。

使用PCOMPG卡进行属性定义可以避免使用PCOMP的这个缺点。使用PCOMPG卡，您可以为每个层分配一个全局层数，并根据全局层数对结果进行后处理。下面的步骤解释了用PCOMPG属性重新定义模型的过程。

六、重新定义模型设置  

1.关闭HyperView窗口并返回HyperMesh。提示:如果您使用的是HyperMesh desktop，单击返回到超网格打开的上一页

2.从2D页面中，选择HyperLaminate面板。这将打开HyperLaminate GUI，其中可以定义，审查和编辑层压信息。

3.点击Tools > Laminate Options.。

这将打开一个新窗口，其中可以设置默认的铺层选项。

4.点击约定开关，选择Total。

5.单击“OK”关闭窗口。

这将Total设置为每当创建新组件时的默认选项。

图7层压板信息与全球层数

现在，您可以创建新的PCOMPG组件，其中定义了全局层数，如图7所示。如前所述，Skin_inner中的第4层是Flange2_Rib_Skin中的第3层，Skin_outer组件中的第2层。因此，所有这些层将被定义为相同的全局层ID为4。类似地，所有其他层也将被定义，如图7所示。

6.展开屏幕左侧树形结构的层压板部分。

7.右键单击PCOMPG，出现菜单。

8.单击New。

这将创建新的组件，默认命名为NewLaminate1，并展开树形结构。

9.通过右键单击并在文本字段中选择Rename，将组件重命名为Skin_inner_GPLY，并覆盖默认的组件名称。

10.在添加/更新应用程序部分，在GPLYID字段下，输入1。

11.选择Material下面的下拉菜单，选择carbon_fiber。

12.在Thickness T1字段下方，输入1.2。

13.在Orientation字段下方，输入45。

14.选择SOUT下方的下拉菜单，选择YES。

15.单击Add New Ply，添加Ply信息。

16.重复此过程，使用表中所示的属性再添加4个层:

17.点击窗口底部的Update Laminate，更新层压板信息。

叠层信息的图形显示现在出现在Review选项卡下方的字段中，位于GUI的右侧。

18.创建一个名为Rib_GPLY的新PCOMPG组件和铺层信息，如下表所示:

19.请参见图7创建Flange1_Rib_Skin_GPLY组件。

20.右键单击Skin_inner_GPLY，从菜单中选择Duplicate，创建一个相同的组件。

21.通过右键单击并选择Rename，将组件重命名为Flange1_Rib_Skin_GPLY。

22.使用Add New Ply功能使用下表中所示的属性再添加2个层。 

23.创建了新组件Flange1_Rib_Skin_GPLY。它的前5层与Skin_inner_GPLY相同，最后2层是Rib组件的第3层和第4层。

24.为了减少本教程中的步骤数，已经使用PCOMPG属性定义了其他组件的分层信息，并在updated_PCOMPG_properties中定义了适当的分层信息。Fem文件保存到您的工作目录。该文件被导入HyperMeshto更新(覆盖)属性，而不是手动更新它们。

25.updated_PCOMPG_properties。fem文件保存为OptiStruct输入文件格式。在任何文本编辑器中打开此文件，查看如何使用PCOMPG属性定义组件。该文件的一部分如下所示。

图8。用PCOMPG定义的组件

26.点击File>Exit，退出HyperLaminate GUI并返回HyperMesh。

27.点击File>Import>Solver Deck。 

28.点击切换按钮展开导入选项，勾选FE覆盖旁边的复选框。

该选项使用updated_PCOMPG_properties中定义的PCOMPG属性覆盖旧的PCOMP属性。有限元法文件。

29.单击File旁边的文件夹图标，选择updated_PCOMPG_properties。fem文件，点击Import。

30.单击Close。

七、查看HyperLaminate中导入的属性

1.从2D页面转到HyperLaminate面板。

2.展开屏幕左侧树形结构的laminates 部分。

所有组件现在都出现在PCOMPG下。之前创建的组件(Skin_inner_GPLY、Rib_GPLY和Flange1_Rib_Skin_GPLY)仍然存在。没有与这些组件相关联的元素。查看PCOMPG组件以查看层压板定义。

3.单击File>Exit。

八、提交作业

1.从Analysis页面，单击OptiStruct面板。

图9。访问OptiStruct面板  

2.点击 save as。

3.在 save as对话框中，指定写入OptiStruct模型文件的位置，并输入frame_PCOMPG作为文件名。

对于OptiStruct输入甲板，.fem是推荐的扩展名。

4.单击Save。输入文件字段显示在save as对话框中指定的文件名和位置。

5.将导出选项开关设置为all。

6.设置运行选项切换为analysis。

7.将内存选项切换为memory default。

8.单击OptiStruct以启动OptiStruct作业。

如果作业成功，新的结果文件应该在frame_PCOMPG。Fem被写入。frame_PCOMPG。Out文件是查找错误消息的好地方，如果存在任何错误，这些消息可以帮助调试输入模型。

写入该目录的默认文件是:

frame_PCOMPG.html：HTML的分析报告，提供了问题表述和分析结果的总结。

frame_PCOMPG.out：OptiStruct输出文件，其中包含有关文件设置、优化问题的设置、运行所需RAM和磁盘空间量的估计、每次优化迭代的信息以及计算时间信息的特定信息。查看此文件，查看警告和错误。

frame_PCOMPG.h3d：HyperView二进制结果文件。 

frame_PCOMPG.res：HyperMesh二进制结果文件。

frame_PCOMPG.stat：Summary，提供分析过程中每一步的CPU信息。

九、查看Results/Post-processing

1.从OptiStruct面板中，单击HyperView。

启动HyperView并加载结果。将出现一个消息窗口，通知已成功加载到HyperView中的模型和结果文件。

2.如果出现消息窗口，单击Close关闭消息窗口。

3.在“结果”工具栏上，单击打开Contour 面板。

4.选择Result type下面的第一个开关，然后选择 Composite Stresses (s)。

5.选择第二个开关，选择 P1 (major) Stress。

6.对于Layers字段，选择PLY 3。

7.对于平均方法，选择None。

8.单击Apply。

这绘制了全局层数3的最大主应力。结果未在不存在全局层数3的区域中绘制。

9.单击标准视图工具栏中的“等距视图”图标。  

图10。

基于全局层数对结果进行后处理，消除了跟踪组件层数和相应层数属性的需要。结果根据全局层数显示，而不考虑层数顺序，因此您可以选择任何一个全局层数并查看整个组件的结果。如果某个特定的层数不存在于任何给定的区域，则不显示结果。