Badania struktur kompozytowych - moduł analizy MES

Analiza MES to jedno z kluczowych narzędzi numerycznych stosowanych w inżynierii mechanicznej. Pozwala inżynierom precyzyjnie określić zachowanie konstrukcji pod wpływem różnych obciążeń, umożliwiając projektowanie bezpiecznych i wytrzymałych struktur.

Rozwiązanie SOLIDWORKS Simulation Premium

W pakiecie znajduje się funkcjonalność umożliwiająca definiowanie wielowarstwowej skorupy kompozytowej dla badań statycznych, częstotliwości i wyboczenia. Program używa teorii laminatu kompozytowego będącego specjalnym materiałem ortotropowym, który jest modelowany jako pojedyncza powierzchnia z kilkoma warstwami materiałów ortotropowych. SOLIDWORKS Simulation Premium jest najwyższym pakietem symulacyjnym, który umożliwia:

• Przewidywanie pęknięcia poszczególnych warstw
• Wytrzymałość laminatu dla różnych orientacji włókien
• Międzywarstwowe naprężenie ścinające
• Przykłady:
  1. Zbiorniki
  2. Panele budowlane
  3. Łodzie
  4. Meblarstwo
  5. Przemysł samochodowy
  6. Astronautyka

Typy laminatów SOLIDWORKS Simulation Premium

Dokumentacja oprogramowania opisuje trzy typy opcji kompozytowych pozwalających zdefiniować układ warstw, grubości, właściwości materiału i orientacje:

Niesymetryczny laminat

Charakteryzuje się niesymetrycznym rozmieszczeniem warstw względem powierzchni środkowej. Jest to najbardziej ogólna opcja kompozytu. Ilustracja ukazuje schemat niesymetrycznego laminatu pięciowarstwowego. Różne kolory oznaczają różne właściwości materiału i orientacje. Siatka skorupy jest tworzona na płaszczyźnie środkowej.

Symetryczny laminat

Charakteryzuje się symetrycznym rozmieszczeniem warstw (materiałów, orientacji warstw i grubości) względem powierzchni środkowej. Implikuje to symetryczne grubości warstw, właściwości materiału i orientacje materiału względem płaszczyzny środkowej.

Kompozyt warstwowy

Jest szczególnym przypadkiem laminatu symetrycznego, mającym trzy warstwy. Laminaty takie można stosować, gdy wymagana jest większa wytrzymałość na obciążenia zginające. Zaleca się, aby dwie zewnętrzne warstwy były sztywniejsze, wytrzymalsze i cieńsze od warstwy środkowej.

Po stronie operatora systemu pozostaje określić ortotropowe właściwości materiału w dwóch kierunkach:  wzdłuż i w poprzek włókien. Następnie należy określić ilość warstw, grubość warstw i ich kąt. Jeśli znamy właściwości materiału możemy oczywiście użyć dowolnego materiału, to nie ma znaczenia, czy jest to kompozyt z włókien węglowych / aramidowych / włókien szklanych.

Granice wytrzymałości na zginanie w SOLIDWORKS Simulation Premium

Jeśli chodzi o zmęczenie: można oczywiście ustawić różne studia w innym układzie i zobaczyć różnice w wytrzymałości na zginanie, lecz dla kompozytów przewidziano przede wszystkim:

1. Międzywarstwowe naprężenia ścinające pomiędzy dwiema przylegającymi warstwami
2. Unikatowe kryteria zniszczenia:
   1. Tsai-Hill
   2. Tsai-Wu
   3. Max naprężenie

Dla zobrazowania: tak wygląda okno menadżera definicji skorupy z opcjami kompozytowymi

Kryteria zniszczenia zaimplementowane dla kompozytów:

Zachęcam do obejrzenia poglądowego filmu – SOLIDWORKS Simulation Premium

Poznaj pełne możliwości modułu Simulation dla SOLIDWORKS oraz referencje w wybranych branżach.