Composites and ANSYS Composite PrepPost.pdf

Composites modeling with ANSYS Modeling Layered Composites  the Simple Way Mayuran S. Muttulingam 1 © 2011 ANSYS, Inc. October 12, 2011 Motivation Composites offer  tremendous weight  savings, increased performance, and design  flexibility The composites market is  a relatively young, fast  growing and  technologically evolving  market 2 © 2011 ANSYS, Inc. October 12, 2011 Motivation Composites offer  tremendous weight savings,  increased performance, and  design flexibility 3 © 2011 ANSYS, Inc. October 12, 2011  2011 . Inc. Motivation The composites  market is a relatively  young. fast growing  and  technologically  evolving market 4 © 2011 ANSYS. October 12. October 12. Levels of Analysis 5 © 2011 ANSYS. 2011 . Inc.  Inc. October 12. Challenges Multiple materials. composites are  much more challenging to  analyze 6 © 2011 ANSYS. large  number of plies etc. makes  the job difficult to design  parts with these materials Compared to homogenous  materials like steel or  plastic.  complex layups. 2011 . We are able to realize a continuous design process from simulation results to manufacturing including design modifications within the development. Rotor Blade  Development. Inc. ANSYS Composite PrepPost (ACP) “The intuitive implementation of composite design development in ANSYS Composite PrepPost brought out a revolution in composite simulations. 2011 .“ Hendrik Mester. REpower Systems AG 7 © 2011 ANSYS. October 12.  2011 . Inc. Shell based composites 8 © 2011 ANSYS. October 12. October 12. 2011 .0 Motivation ANSYS Workbench  provides superior CAD  connectivity. meshing and  a easy framework to  perform design  optimization With R14. Analyzing Composites in R14. Inc.0. we greatly  improve the workflow for  analysis of composite  components 9 © 2011 ANSYS. Engineering Data Enhancements New in R14 New at Release 14. Inc. Puck. LaRc03/04  Constants Properties available to ACP  and Mechanical and MAPDL 10 © 2011 ANSYS. 2011 .0 Orthotropic stress/strain  strength properties Tsai‐Wu. October 12. October 12. Manually Defining Layers on Simple Geometries Users can define  simple layered  sections for a shell  body as well as define  thicknesses and  angles as parameters 11 © 2011 ANSYS. Inc. 2011 .  2011 . Basic Layer Definition in Mechanical New in R14 Layered Section Object Allows a user to define simple layered  section for a shell body  Inserted under the Geometry folder  from the toolbar or its RMB insert  menu 12 © 2011 ANSYS. October 12. Inc. October 12. Inc. 2011 . Worksheet View to enter layer data Thickness. etc. Layered Section Object Details Scope to bodies or faces Options to define offset and sequencing Graphics option to display specific layer to  help verify correct offset. angle values can  be parameterized 13 © 2011 ANSYS. sequence.  Location 14 © 2011 ANSYS. Inc. 2011 . October 12. Layered Section Object Example Graphics : Section Thickness . Postprocessing Layer Control. October 12. 2011 . Membrane/Bending Output New Membrane‐ Bending stress  results.   Ability to choose  which layer to  view results 15 © 2011 ANSYS. Inc. October 12. 45o to Bat Axis 16 © 2011 ANSYS. Inc. 2011 . Explicit Composite Example New in R14 CFRP Baseball bat with spiral CRFP reinforcement Normal Stress in 3rd Ply.  2011 . 17 © 2011 ANSYS. Defining Layers on Complex Geometries For complex  geometries. October 12. Inc. the ANSYS  Courtesy of  TU Chemnitz  Composite PrepPost and GHOST  Bikes GmbH tool is used and layer  definitions are imported  in the assembly model  in ANSYS Mechanical.  2011 . Data Integrated ACP with WB New in R14 ACP introduced as a component system inside WB Like a typical WB system. Duplicate Consume materials from Engineering Data 18 © 2011 ANSYS. Inc. October 12. file management and  standard actions like Update. October 12. ACP‐Mechanical Linkage New in R14 ACP Pre system contains EDA. Model and Setup  (same as ‘Mechanical’ system) Setup cell launches ACP Editor Mesh (shell) is transferred  from Mechanical into ACP ACP then passes. 2011 . discrete  section data to Mechanical as  ‘Imported Layered Section’  object 19 © 2011 ANSYS. Inc.  Geometry. October 12. 2011 . Inc. ACP‐Mechanical:  Example Schematic New in R14 Explicit  Implicit  (Autodyn) (MAPDL) Parameter Support Include as part of Design  Exploration 20 © 2011 ANSYS. Material Definition You can define additional composite  layers using the concept of fabrics. October 12.  stackups and sub‐laminates 21 © 2011 ANSYS. 2011 . Inc.  Inc. 2011 . October 12. Manual definition Complex Curved Structures A system of rosette  combination can be used to  Define material reference  directions 22 © 2011 ANSYS.   23 © 2011 ANSYS. Draping For structures with high  curvatures etc. October 12. Inc.   Manufacturability is a big  factor in design ACP can predict draping.  fiber angle correction etc. 2011 . Validation Verify model setup by  viewing the stacking  sequences or by  generating a Ply‐book Cross‐section views Ply‐Book generation 24 © 2011 ANSYS. October 12. Inc. 2011 .  Inc. 2011 . October 12. Asymmetric Laminates ACP allows multi‐ orientations of the  same region to  support asymmetric  laminate definition 25 © 2011 ANSYS.  Inc. 2011 . Post‐Processing State of the art post‐processing Identify critical parts by  highlighting failure mode. failed  layer and critical load case in  one plot tw(31) (0) tw(31) (0) tw(31) (0) tw(31) (0) 26 © 2011 ANSYS. October 12. October 12. Inc. For most models this results in a drastic  reduction of section‐data which helps improve solver  performance 27 © 2011 ANSYS. Miscellaneous Enhancements New in R14 VCCT →In R14. ACP now groups elements with similar or  identical section‐definition (based on limit‐angle and  –thickness). ACP you can define a modeling‐ply as a  VCCT layer. Performance →In R14. When the solid‐model is generated a  VCCT layer is introduced between the corresponding  plies. 2011 . Solid composites models 28 © 2011 ANSYS. Inc. 2011 . October 12.  Inc. Solid Extrusion Use CAD data to  create cut‐off rules CAD data can be used  to extrude plies from  surface to SOLID  mesh to model  complex 3D shapes 29 © 2011 ANSYS. October 12. 2011 . Solid Extrusion Varying core  thickness  applied by  tables or 3D  CAD model  30 © 2011 ANSYS. Inc. October 12. 2011 .  Inc. October 12. 31 © 2011 ANSYS. 2011 . Auto Detect Butt‐Joined Ply Boundaries New in R14 In R13 ACP creates drop‐ off elements on all ply  boundaries Three adjacent plies with  intermediate drop‐off  With R14 ACP will now  elements (R13) automatically collect non‐ overlapping plies and  extrude them in one group  in order to create smooth  Three adjacent plies  transition zones in  with smooth transition  zone (R14) between of them. Multi‐Component Mesh extrusion New in R14 In R14 ACP will detect free shared edges and  automatically eliminate internal free edge ends  to enable a fully automatic solid extrusion of a  more general class of shell meshes. Inc. October 12. Two‐component tube assembly  Three virtual components   Solid extrusion in ACP 14  with two free shared edges (R14) (illustration without butt‐joined plies) 32 © 2011 ANSYS. 2011 .    stiffened. Partner‐ESAComp Concept •Design Concept •Material Selection •Preliminary Lay‐up Design ESAComp •Laminate analyses: Solid  laminate / Sandwich •Analyses involving  geometry: Panel (flat. Notches •Material Data Bank •Multiple failure criteria •Polar plots. 2011 33 . October 12. curved). Layer charts •ESAComp/ANSYS ACP  Interface 33 © 2011 ANSYS.  Beams. Joints. Inc. Partner‐ESAComp Concept Geometry FE Analysis • ESAComp • ANSYS  • ANSYS &  Design Modeler ANSYS WB • ANSYS Space Claim  • ANSYS Composite  Direct Modeler PrepPost 34 © 2011 ANSYS. Inc. October 12. 2011 34 . October 12. Interact with  Vistagy’s FiberSIM for  manufacturing  details 35 © 2011 ANSYS. Inc. 2011 .  Inc. Composites Modeling with ANSYS Solutions 36 © 2011 ANSYS. October 12. 2011 .