在复合材料层压结构有限元分析时,会遇到以下几个坐标系:总体坐标系、铺层坐标系、材料坐标系及断面坐标系。本文将对这几个坐标系做简要介绍。
1.总体坐标系(global coordinate system)
建立几何模型时所参照的坐标系,一般是在将CAD数模导入到CAE软件时自动生成的坐标系,该坐标系可以保证数模导入到CAE分析软件之后零件的位置和方向与CAD中一致。
如图1所示,Abaqus中视图左下角的坐标系即为总体坐标系,可以看出,一个层压板0°层的纤维方向并不一定和总体坐标系的X轴一致,总体坐标系不影响层压板的铺层属性,只决定层压板在空间的位置和方位。
图1
一般的有限元软件,如果没有特别设置的话,默认的载荷和位移是施加到总体坐标系下的。
2.铺层坐标系(layup coordinate system)
在空间中要表征一个层压板的铺层方位就需要引入铺层坐标系,先以上图所示的简**板为例。需要建立一个局部坐标系来指定层压板0°铺层的纤维走向,如图2所示。
图2
在Abaqus中铺层坐标系的指定方式如下:
图3
对于上述平板,仅需要一个铺层坐标系即可。但是对于加筋板或者其他复杂曲面结构就要复杂一些。以T型加筋板为例,在CAD绘图时有可能只需要人为指定一个坐标系和起始铺放位置,工人就可以将零件铺放完成。但是在CAE分析中,软件没有这么智能,它无法像工人师傅那样去转换铺层信息,因此一个T型加筋板在做CAE分析时就需要对缘条和腹板分别指定铺层坐标系,并且为了保证结构铺层的左右对称性,左右缘条的铺层坐标系也要分别设置(两个坐标系X方向一致,Y方向相向),如下图所示。
图4