在特定有限元方法中有效计算多纤维组材料的算法

摘要

一种在用于设计高压罐的FEM模拟中计算多向复合材料的方法。该方法起始于读取用于模拟的数据，这些数据包括纤维取向和复合材料性质。然后，对于每个FEM单元，该方法计算带方向的层的刚度并且将计算出的刚度转化为用于每层的局部坐标系统。该方法随后计算作为层构造的成组纤维取向的刚度。该方法随后计算用于层构造的工程常数和用于层构造的应力限值的等效值。该方法随后使用工程常数来计算FEM单元上的应力并且判定计算出的应力是否超过用于每个单元的预定应力限值。如果计算出的应力超过该应力限值，那么该算法切换到计算每层应力的复杂应力计算。

主权项

一种对使用多向复合纤维的结构进行模拟的方法，所述方法包括：提供关于复合纤维的输入数据；在所述结构中识别多个单元，其中每个单元包括具有不同取向的多个纤维；针对所述多个单元中的每个，计算该单元中的每个纤维的刚度，使用每个纤维的刚度计算值来计算成组纤维取向的刚度，使用所述成组纤维取向的刚度来计算该单元的工程常数，所述工程常数识别出用于该单元中的组合纤维的单元应力，以及计算用于该单元的层构造的等效应力限值；使用计算出的工程常数来计算每个单元上的应力；判定计算出的每个单元上的应力是否超过第一预定应力限值；如果每个单元都不超过所述第一预定应力限值，则判定所述结构是令人满意的；如果计算出的特定单元的应力超过所述第一预定应力限值，则在所述特定单元中对每个纤维执行层上应力计算；如果所述特定单元中的每个纤维的层上应力计算值都不超过第二预定应力限值，则判定所述特定单元是令人满意的；以及如果单元中的单个纤维超过所述第二预定应力限值，则判定存在失效，其中提供关于复合纤维的输入数据包括提供纤维取向、纤维材料以及纤维强度和刚度，并且其中所述模拟是有限元方法分析模拟。