薄殼元素性質

在「物理屬性」表單中的「類型」下方，選取「薄殼元素」選項。

• 關聯的幾何圖形：選擇要套用物理屬性性質的面。當「關聯的幾何圖形」選項未啟用時，物理屬性會套用至整個模型 (所有面)。選擇以下其中一個選項按鈕：
  • 四邊形：為所有零件的所有面產生四邊形元素。
  • 三角形：為所有零件的所有面產生三角形元素。

  或者，您也可以啟用「關聯的幾何圖形」選項，為零件或組合內的個別面定義唯一的物理屬性性質。

  

  選取面之前...

  • 按一下「選取的四邊形」方塊，然後選取所需的面。選取的面會列示在「選取的四邊形」方塊中，而且會使用四邊形薄殼元素建立網格。
  • 按一下「選取的三角形」方塊，然後選取所需的面。選取的面會列示在「選取的三角形」方塊中，而且會使用三角形薄殼元素建立網格。如果您在實體 (四面體) 元素零件的面上建立一層薄殼元素，此選項會非常有用，能讓薄殼和實體網格相符。
  • 使用垂直箭頭按鈕，可將所選項目從一個清單移動到另一個清單，或者可交換兩個方塊的內容。
• 包括鑽孔自由度 (CQUADR/CTRIAR)：如果未啟用此選項，薄殼元素支援五個自由度 (DOF)—三個平移和兩個沿平面內軸 (彎曲扭曲) 的旋轉。不直接支援正垂直 (鑽孔) 軸的旋轉自由度，但是包括一些剛性 (由參數 K6ROT 控制)。

  如果您想要直接考慮垂直節點旋轉，或者如果您需要沿元素平面的垂直軸傳送力矩，請啟用「包括鑽孔自由度 (CQUADR/CTRIAR)」選項。垂直節點力矩會產生角點和邊中節點的平面內轉換。當您包括鑽孔自由度時，效果通常更準確。指定此選項的時機為：

  • 塑型彎曲的薄殼
  • 將樑、柱或桿元素貼附至薄殼
  • 搭配薄殼使用剛性元素，並且具有所有 6 個相依的自由度

  使用「包括鑽孔自由度 (CQUADR/CTRIAR)」選項時，應遵循以下指導方針：

  • 模型中至少必須有一個格線點約束鑽孔自由度，這不是針對彎曲自由度的狀況。套用邊界條件時，使用者必須考慮鑽孔自由度 (亦即如果您想要讓某個邊保持直線，您應該約束鑽孔自由度)。這也適用於邊負載。
  • 請勿過度約束鑽孔自由度 (亦即，不要在模型中約束所有鑽孔自由度)。

薄殼元素有兩種主要選項可用—「標準」和「層壓板」。

• 標準：
  • 厚度 (T)：將會平均分佈在表面兩側的薄殼元素厚度。
  • NSM：將用於計算中的薄殼元素非結構質量。
    • 四邊形薄殼元素材料的座標系統定義：

      

    • 四邊形薄殼元素幾何圖形和座標系統：

      

    • 四邊形薄殼元素中的力：

      

    • 四邊形薄殼元素中的力矩：

      

    • 四邊形薄殼元素中的應力：

      

    • 三角形薄殼元素的材料座標系統定義：

      

    • 三角形薄殼元素的元素幾何圖形和座標系統：

      

  • 進階選項：可讓您定義的其他性質，如以下所述。

    

    • 應力恢復：可讓您定義頂部和底部纖維距離以進行應力計算。它使用右手規則與連接項目上格線點的列示順序，以決定正方向。
    • 底部纖維距離：可讓您定義從格線點表面到元素參考平面的偏移距離。當顯示斷面功能開啟時可看見此距離。
    • 使用平面應變元素類型：可讓您將一般薄殼元素移動到平面應變元素。當勾選此選項時，彎曲和薄膜性質 (如橫向剪切和薄膜厚度的比率等) 以及其各自的材料性質都會因為不適用而停用。
• 層壓板：

  

  • 「層壓板」選項可讓您定義複合層壓板性質。按一下「新層壓板」按鈕。「層壓板」對話方塊即會開啟。

    

    • 「層選項」可讓您：
      • 加入：加入層。
      • 材料：定義新材料。
      • 整體層：如下圖所示定義整體層。

        

      • 上：將選取的層移至上一個步驟。
      • 下：將選取的層移至下一個步驟。
      • 對稱：建立選取之一個或多個層的對稱層。
      • 反對稱：建立選取之一或多個層的反對稱層。
      • 退回：退回執行的作業。
      • 重做：重做執行的作業。
      • 刪除：刪除選取的一或多個層。
      • 剪下：剪下選取的一或多個層。
      • 複製：複製選取的一或多個層。
      • 貼上：貼上已剪下或複製的一或多個層。
      • 匯入：匯入 CSV 格式的層詳細資料。
      • 匯出：匯出 CSV 格式的層詳細資料。
    • 重複：允許您建立用於選取之一或多個層的多個層。
    • 使用整體層：可讓您啟用整體層欄。
    • 材料層合板：可讓您將「材料層合板底部」翻轉為「材料層合板頂部」。它可在視覺上翻轉層。匯出的 Nastran 檔案永遠為材料層合板底部格式。
    • 按一下「層選項」中的「加入」以開始第一個層定義。此層將會是材料層合板的最底層。
      • 層 ID：每個複合層 (圖層) 都具有唯一的 ID。在此對話方塊中建立這些層時，會由 Autodesk Nastran In-CAD 自動產生這些 ID。您無法變更這些 ID。
      • 材料：每個層都可以具有不同的材料。若要從該下拉式功能表選取材料，則應於 「材料」之下預先定義。
      • 厚度：每個層都可以有自己的厚度值。
      • 角度：這是層方位角度。這是相對於材料方位角度所測量的角度。零角度層會與材料方位對齊。
      • 應力/應變：可將其設定為「開啟」或「關閉」以控制每個層的應力輸出。
    • 層壓板性質：
      • 層壓板選項：可讓您定義不同形式的層壓板，例如 SYM、HCS、FCS、ACS、SME 或 SMC。
        • 如果 LAM = SYM，則僅指定元素中心線一側的層。這些層會從底層由 1 開始編號。如果需要奇數的層且 LAM = SYM，則中心層厚度 (Ti) 應為實際厚度的一半。
        • 如果 LAM = HCS、LAM = FCS 或 LAM = ACS，則會基於面圖紙穩定性索引輸出的原因而定義複合夾板。HCS 會指定蜂窩公模仁材料、FCS 指定成形公模仁材料，ACS 則會根據指定的公模仁材料選取 HCS 或 FCS。
        • 如果 LAM = SME，則會塗抹層效果並忽略堆疊順序。如果 LAM = SMC，則會使用對等正交性性質定義複合夾板。
      • 失效理論：層失效理論。以下理論是允許的。如果為空，則不會執行失效計算。Hill 已設為預設的失效理論。
        • HILL 為 Hill 理論。

          

          正交性材料具有相等的張力和壓縮強度。

        • HOFF 為 Hoffman 理論。

          

          平面應力一般狀態下的正交性材料應力，其抗拉強度和壓縮強度並不相等。

        • TSAI 為 Tsai-Wu 理論。

          

          平面應力一般狀態下的正交性材料應力，其抗拉強度和壓縮強度並不相等。

        • Max Stress 為最大應力理論。

          

        • Max Strain 為最大應變理論。

          

        • LARC02 為 NASA LaRC 理論。

          平面應力一般狀態下的正交性材料由單向層所組成。若要取得更多詳細資料，請參閱《Autodesk Nastran 使用手冊》的〈參考 5〉。

        • PUCK 為 Puck PCP 理論。

          平面應力一般狀態下的正交性材料由單向層所組成。若要取得更多詳細資料，請參閱《Autodesk Nastran 使用手冊》的〈參考 12〉和〈參考 13〉。

        • MCT 為多重連續理論。

          平面應力一般狀態下的正交性材料由單向層或純織物纖維所組成。若要取得更多詳細資料，請參閱《Autodesk Nastran 使用手冊》的〈參考 20〉、〈參考 21〉和〈參考 22〉。

      • 強度比率：它可控制 Tsai 強度比的輸出，並取代複合元素層結果輸出的失效索引。在設定為「開啟」時，它可讓您定義參數 PARAM、STRENGTHRATIO、ON，並計算 Tsai 強度比率。一般認為強度比率比失效索引更為有用，因為它可精確地指出如何變更套用的負載以達到最佳層效能。
      • 容許的連接剪應力：此值可定義連接材料的層間剪應力。您將需要此值以取得連接失效索引輸出。
      • 底部纖維距離：依預設表示總厚度的一半。您可以勾選左邊的方塊並將新值輸入右邊的方塊以變更該值。
      • GE (阻尼係數)： 此值可定義結構元素阻尼係數，並且是在動態分析中使用之臨界阻尼比率 的兩倍。已規劃在更高版本中支援。
      • NSM：可讓您定義每單位面積的非結構質量。
      • (參考溫度)：此值可定義要用於依溫度而定之材料性質的複合層 (所有層) 參考溫度。更高版本將支援此功能。
      • (總厚度)：它將展示層壓板中指定的總厚度。
  • 層建立技術：
    • 提供多種定義不同層性質的便利方式。
    • 在第一列中，可按一下「加入」，按一下該列的「材料」 欄，選取一種材料。然後系統會自動載入其餘欄的預設值。
    • 現在可以選取層 ID 1。

      

    • 當重複按鈕旁邊的方塊中為 2 時 (預設值為 1)，按一下「重複」按鈕。第一列會複製兩次。下圖說明產生的結果。

      

    • 變更角度為 45、0 和 -45 (從上到下)。
    • 現在，選取所有層。然後按一下「對稱」按鈕。
    • 這將產生所選層的鏡射列。
    • 下圖說明產生的結果。

      

    • 同樣地，「反對稱性」也會產生鏡射的列，但層角度的符號相反。
    • 您可以選取多個層，然後在欄位上按一下滑鼠右鍵以變更。然後選取「編輯」。

      

    • 變更任何層的個別性質。所有對應的性質將會立即變更。

      

      

  • 「層壓板」對話方塊範例：
    • 此範例中的材料層合板規劃有三種層：

      

    • 為了定義 3 層複合平面性質的規劃，「層壓板」對話方塊項目會如下所示。請注意，性質是從下而向上定義。

      

    • 請注意，「底部纖維距離」會自動更新 (-1/2 總厚度)。這是從參考平面到底部表面的距離。「層 1」為底層，定義的最後一層則為頂層 (在本案例中為「層 3」)。
    • 按一下「預覽」按鈕 以檢視「展示材料層合板」和「展示 ABD 矩陣」。

      

    • 按一下時，「展示材料層合板」和「展示 ABD 矩陣」將個別展開。若要收闔，請按一下 按鈕。
    • 展示材料層合板：表示依展示所定義的層圖形表現法。
    • 展示 ABD 矩陣：層壓板等效性質會顯示在 ABD 矩陣中，並在層中定義層數和總厚度。
    • 快顯功能表：在列上按一下滑鼠右鍵時，快顯功能表會展示如下：

      

      • 加入層：加入新的層。
      • 編輯：編輯性質。選取所有性質，例如材料、整體層和厚度等。多層選取與編輯功能可用來變更所有層中的值。
      • 轉換為整體層：允許將一般層轉換為整體層定義。
      • 剪下：剪下選取的一或多個層。
      • 複製：複製選取的一或多個層。
      • 貼上：貼上已剪下或複製的一或多個層。它具有不同的選項，包括表面貼上、上方貼上、下方貼上、上方對稱貼上、下方對稱貼上、上方反對稱貼上、下方反對稱貼上。
      • 退回：退回執行的作業。
      • 重做：重做執行的作業。
      • 刪除：刪除選取的一或多個層。
      • 反轉層：反轉選取的一或多個層。