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ESAComp软件作为欧洲航天局(European
Space Agency, ESA)的一个资助实现一个统一界面下可以包括所有必需的层合板分析、设计能力的软件工具。该软件系统同样也应该能够被终端用户进行扩展来满足在基本系统中不能够预见或者包括的某些特殊需要。它的最终目的是推出一个标准工具来取代许多被航空\航天公司使用的内部代码软件。欧洲航空航天公司最早采用了EASComp
软件(图1)。一些研究院所和大学也是该软件的主要用户。EASComp 软件被开发为一个通用工具以来,也增加了一些其他工业领域内使用到高性能复合材料的新客户(图2)
图1
EASComp软件支持设计的
Ariane 5 复合材料整流罩
图2
FY-Composites Oy 设计和生产的
T-2000气垫船的复合材料结构
一、ESAComp复合材料分析设计功能与特色
★ 纤维/基体材料微观力学分析
◇ 在纤维和基体材料层面采用微观力学方法预测单层复合材料的刚度与湿热膨胀系数;
◇ 考虑不同的纤维增强方式:波纹-无花纹、波纹-斜纹、波纹-缎纹、编织、三维、三维随机、缠结-非连续纤维、缠结-连续纤维等;
◇ 用户可以定义自己的微观力学模型,并添加到软件中以便今后使用。
★ 层合板众多分析功能:
◇ 基于经典层合板理论的层合板2.5D行为分析,分析层合板整体的刚度与湿热膨胀系数;
◇ 概率性2.5D行为分析,分析层合板整体刚度与湿热膨胀系数的概率分布;
◇ 层合板载荷响应分析,包括层合板与单层级别的载荷响应分析;
◇ 层合板整体性能对于单层材料性能和铺层方向的灵敏度分析;
◇ ±θ角铺层的参数化分析和P层合板的参数化分析;
◇ FPF首层失效分析和DLF逐层失效分析,提供12种失效准则,允许自定义失效准则;
◇ ILS层间剪切失效分析,层间剥离分析;
◇ 夹层板芯层剪切失效与表面基体屈曲分析;
◇ 失效与设计包络线分析、失效模式与临界层预测;
◇ 具有圆形、椭圆形等开口的层合板分析;
◇ 层合板自由边效应分析;
◇ 湿热膨胀行为分析,热传导分析;
◇ 层合板在湿热载荷下不同层的残余应力分析,吸湿计算。
★ 结构单元快速可靠分析
◇ 内嵌有限元求解器的Mindlin板分析,固支、简支及自由边任意组合带加强筋;
◇ 板的横向载荷失效分析,面内载荷稳定性分析,固有频率分析;
◇ 基于Timoshenko梁理论的梁分析,可以分析多种横截面形式;
◇ 梁的横向轴向载荷响应分析,固有频率分析;
◇ 多种连接形式的胶结、机械连接接头分析,允许多种类型载荷与边界条件组合以及非线性本构模型。
★ 专业的复合材料设计能力
◇ 可以定义层合板的刚度、强度、湿热膨胀系数等多个设计目标和约束;
◇ 层合板评价工具对备选层合板方案进行适用性和相关质量进行评估,并且可以按照对约束条件的满足程度对它们按级别排序;
◇ 层合板生成工具从用户选择的层中生成满足具体约束的层合板,并尽可能满足设计属性的局部目标和全局目标。
★ 广泛的有限元接口,结合进行复合材料制品结构分析
◇ ANSYS及WorkBench/ABAQUS/MSC.Patran/Nastran/ LS-DYNA/ I-DEAS/NISA
◇ 与ANSYS接口可实现在整个结构上显示安全余量、每个单元的失效模式及临界层;
◇ 为有限元分析准备材料信息,材料特性、层合板构建信息、刚度矩阵等输出;
◇ 有限元软件以批处理方式调用ESAComp进行详细后处理;
◇ 将有限元计算结果导入ESAComp进行载荷响应、失效分析,失效模式与临界层预测。
★ 丰富的材料数据库
◇ 提供上千种工业级的复合材料信息,树型材料数据库结构,并具有搜索功能;
◇ 材料种类包括:纤维、基体材料、粘合剂、均匀板、纤维增强板、均匀芯层和蜂窝芯层;
◇ 信息种类包括:材料组分、纤维增强方式、刚度、湿热膨胀系数、热传导系数、首层失效应力应变、极限应力应变、工作环境、制造工艺过程信息、产品信息及评述等。
★ 灵活的用户扩展
◇ 可以使用CLIPS语言来定义附加的失效准则和微观力学模型;
◇ 通过批处理模式在其它软件中运行;
◇ 结果显示和报告生成可以使用宏语言进行配置;
◇ 将来还可以使用用户编写的C语言模型添加新的分析。
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