壳单元属性

在“模型树” > “理想化”中，右键单击“壳” > “新建”。

• 关联的几何体：选择要应用“理想化”特性的一个或多个面。当“关联的几何体”选项处于禁用状态时，理想化将应用于整个模型（所有面）。选择以下两个单选按钮中的一个：
  • 四边形：针对所有零件的所有面生成四边形单元。
  • 三角形：针对所有零件的所有面生成三角形面。
  或者，可以激活“关联的几何体”选项来针对零件或部件内的各个面定义唯一“理想化”特性。

  

  在选择面之前...

  • 单击“选择的四边形”框，然后选择所需的面。选定的面将在“选择的四边形”框中列出，并且它们将使用四边形壳单元划分网格。
  • 单击“选择的三角形”框，然后选择所需的面。选定的面将在“选择的三角形”框中列出，并且它们将使用三角形壳单元划分网格。如果您在实体（四面体）单元部件的某一面上创建壳单元的表层以便壳和实体网格匹配，此选项将非常有用。
  • 使用垂直箭头按钮，可将选定的项目从某一列表移动到另一列表，也可以交换两个框的内容。

有两个主要选项可用于壳单元：“标准”和“层压板”。

标准壳

• 厚度(t)：相等分布在曲面两侧的壳单元厚度。
• NSM：将使用壳单元的非结构质量进行计算。
  • 四边形壳单元材料坐标系定义：

    

  • 四边形壳单元几何体和坐标系：

    

  • 四边形壳单元中的力：

    

  • 四边形壳单元中的力矩：

    

  • 四边形壳单元中的应力：

    

  • 三角形壳单元的材料坐标系定义：

    

  • 三角形壳单元的单元几何体和坐标系：

    

• 高级选项：允许您为标准壳定义以下附加特性。
  
  • 应力恢复：为应力计算定义顶部和底部纤维距离。它采用右手定则和栅格点在连接项上的排列顺序来确定正方向。
  • 中性面偏移距离：定义从栅格点的曲面到单元参考面的偏移距离。在打开“显示横截面”后，会显示此选项。
  • 使用平面应变单元类型：此选项允许用户将规则的壳单元转换成“平面应变单元”。在选中此选项后，弯曲和薄膜属性（例如横向剪切力与薄膜厚度的比率）以及各个材料特性将因不适用而禁用。
  • 包括钻孔自由度 (CQUADR/CTRIAR)：如果此选项处于禁用状态，则壳单元支持五个自由度 (DOF)，即三个平动自由度和两个围绕平面内轴进行的旋转自由度（弯曲变形）。不直接支持围绕法线（钻孔）轴进行的转动自由度。不过，包含一些刚度（由参数 K6ROT 控制）。

    如果希望直接考虑法线节点旋转，或者如果需要传输围绕垂直于单元面的轴的力矩，请激活“包括钻孔自由度 (CQUADR/CTRIAR)”选项。法线节点力矩将生成角点和中间节点的平面内平动。当包括钻孔自由度时，效应通常更为准确。此选项应在以下情况下指定：

    • 为弯曲的壳建模
    • 梁或杆单元附着到壳
    • 刚性单元可以与壳一起使用，依赖于所有 6 个自由度

    当使用“包括钻孔自由度 (CQUADR/CTRIAR)”选项时，您应遵循以下准则：

    • 模型中必须至少有一个栅格点受钻孔自由度约束，这并非适用于弯曲自由度。当应用边界条件时，用户必须考虑钻孔自由度（即，如果想要使一条边保持垂直，应约束钻孔自由度）。这也适用于边载荷。
    • 不要过度约束钻孔自由度（即，在模型中不约束所有钻孔自由度）。

层压板壳

• “层压板”选项允许用户定义复合层压板属性。单击“新建层压板”按钮。此时将打开“层压板”对话框。

  

  • “层选项”可用于执行以下操作：
    • 添加：添加层。
    • 材料：定义新材料。
    • 全局层：如下图所示定义全局层。

      

    • 上移：将选定层上移一步。
    • 下移：将选定层下移一步。
    • 对称：创建选定的一个/多个层的对称层。
    • 反对称：创建选定的一个/多个层的反对称层。
    • 撤消：撤消执行的操作。
    • 重做：重做执行的操作。
    • 删除：删除选定的一个/多个层。
    • 剪切：剪切选定的一个/多个层。
    • 复制：复制选定的一个/多个层。
    • 粘贴：粘贴剪切或复制的一个/多个层。
    • 输入：输入 csv 格式的层详细信息。
    • 导出：导出 csv 格式的层详细信息。
  • 重复：允许用户为选定的一个/多个层创建多层。
  • 使用全局层：允许用户启用“全局层”列。
  • 铺层：允许用户将层从“铺层底部”翻转为“铺层顶部”。此选项将以直观的方式翻转层。始终以底部铺层格式导出 Nastran 文件。
  • 在“层选项”中单击“添加”，启动第一层定义。此层将是铺层中的最底层。
    • 层 ID：复合层的每个层（图层）都有唯一的 ID。当在此对话框中创建层时，Inventor Nastran 会自动生成这些 ID。这些 ID 不能更改。
    • 材料：每个层都可以具有不同的材料。要从此下拉菜单中选择材料，应在“材料”下先预定义材料。
    • 厚度：每个层都可以有自己的厚度值。
    • 角度：这是层的方向角度。此角度是相对于“材料方向”角度测量的。零角度层与材料方向一致。
    • 应力/应变：通过将其设置为“打开”或“关闭”可以控制每个层上的应力输出。
  • 层压板属性：
    • 层压板选项：允许用户定义不同形式的层压板，例如 SYM、HCS、FCS、ACS、SME 或 SMC。
      • 如果 LAM = SYM，则将仅指定单元中心线一侧上的层。以底部图层为 1，依次对层进行编号。如果在 LAM = SYM 时需要的层数为奇数，则中心层厚度 (Ti) 应为实际厚度的一半。
      • 如果 LAM = HCS、LAM = FCS 或 LAM = ACS，则为了面层稳定性索引输出，将定义复合夹层。HCS 指定蜂巢状芯层材料，FCS 指定成型芯层材料，ACS 根据指定的芯层材料选择 HCS 或 FCS。
      • 如果 LAM = SME，则将模糊层效应并忽略堆叠顺序。如果 LAM = SMC，则将使用等效的正交各向异性属性定义复合夹层。
    • 失效理论：层失效理论。允许使用以下理论。如果为空，则将不执行任何破坏计算。“Hill”被设置为默认失效理论。
      • “HILL”对应希尔理论。

        

        具有相等拉伸强度和压缩强度的正交各向异性材料。

      • “HOFF”对应霍夫曼理论。

        

        具有不等拉伸强度和压缩强度且处于常规平面应力状态下的正交各向异性材料。

      • “TSAI”对应 Tsai-Wu 理论。

        

        具有不等拉伸强度和压缩强度且处于常规平面应力状态下的正交各向异性材料。

      • “最大应力”对应最大应力理论。

        

      • “最大应变”对应最大应变理论。

        

      • “LARC02”对应 NASA LaRC 理论。

        正交各向异性材料由处于常规平面应力状态下的单向层组成。有关详细信息，请参阅《Autodesk Nastran 用户手册》的“参考 5”。

      • “PUCK”对应 Puck PCP 理论。

        正交各向异性材料由处于常规平面应力状态下的无方向层组成。有关详细信息，请参阅《Autodesk Nastran 用户手册》的“参考 12”和“参考 13”。

      • “MCT”对应 Multicontinuum 理论。

        正交各向异性材料由处于常规平面应力状态下的单向层或无花纹编织物组成。 有关详细信息，请参阅《Autodesk Nastran 用户手册》的“参考 20”、“参考 21”和“参考 22”。

    • 强度比：此选项控制“Tsai 强度比”输出，该输出可替代复合单元层结果输出中的失效索引。如果此选项设置为“打开”，则允许定义参数 PARAM、STRENGTHRATIO、ON，且将计算“Tsai 强度比”。强度比被认为比失效索引更有用，因为它准确指明了如何更改所应用的载荷以获得最佳层性能。
    • 允许的接合剪切应力：此值定义接合材料的层间剪切应力。要获取“接头破坏索引”输出，则需要此值。
    • 底部纤维距离：默认情况下，代表总厚度的一半。可通过选中左侧的框并在右侧框中输入新值，来进行更改。
    • GE (阻尼系数)：此值定义结构单元阻尼系数，它是要在动力学分析中使用的临界阻尼比 的两倍。已计划在今后的更高版本中支持该功能。
    • NSM：允许用户定义每单位面积的非结构质量。
    • (参考温度)：此值定义复合层（所有层）的参考温度，此温度将用于与温度相关的材料属性。将在更高版本中支持此功能。
    • (总厚度)：显示在层中指定的总厚度。
• 层创建技术：
  • 有多种定义不同层属性的便捷方式。
  • 在第一行中，单击“添加”，然后单击该行的“材料”列并选择材料。将自动加载其余列的默认值。
  • 现在，选择层 ID 1。

    

  • 在重复按钮旁的框中输入 2（默认为 1）后，单击“重复”按钮。第一行将复制两次。结果如下图所示。

    

  • 从上到下将角度更改为 45、0 和 -45。
  • 现在，选择所有“层”。然后单击“对称”按钮。
  • 这将生成选定层的镜像行。
  • 结果如下图所示。

    

  • 同样，“反对称”将生成镜像行，但层角度的符号相反。
  • 可以选择多个“层”，然后在字段上单击鼠标右键以进行更改。然后选择“编辑”。

    

  • 更改任何层的各自属性。所有对应属性将同时更改。

    

    

• 层压板对话框示例：
  • 本示例中的铺层配置有三个层：

    

  • 要定义 3 层复合平面属性的配置，“层压板”对话框条目应如下所示。请注意，该属性将自下而上定义。

    

  • 请注意，“底部纤维距离”将自动更新（-1/2 总厚度）。它是从参考面到底部表面的距离。“层 1”是底部层，最后定义的层是顶部层（在此例中是层 3）。
  • 单击“预览”按钮 ，查看“显示铺层”和“显示 ABD 矩阵”。

    

  • 单击 后，将分别展开“显示铺层”和“显示 ABD 矩阵”。要收拢，请单击 按钮。
  • 显示铺层：显示所定义的层的图形表示。
  • 显示 ABD 矩阵：在 ABD 矩阵中显示层等效属性，带有在层中定义的层数和总厚度。
  • 弹出菜单：在行上单击鼠标右键时，将显示以下弹出菜单：

    

    • 添加层：添加新层。
    • 编辑：编辑属性。选择任何属性，如材料、全局层、厚度等。使用具有编辑功能的多种选择项来更改所有层中的值。
    • 转换为全局层：允许将法线层转换为全局层定义。
    • 剪切：剪切选定的一个/多个层。
    • 复制：复制选定的一个/多个层。
    • 粘贴：粘贴剪切或复制的一个/多个层。它具有不同的选项，例如粘贴在上面、粘贴在上方、粘贴在下方、粘贴在对称上方、粘贴在对称下方、粘贴在反对称上方和粘贴在反对称下方。
    • 撤消：撤消执行的操作。
    • 重做：重做执行的操作。
    • 删除：删除选定的一个/多个层。
    • 反转层：反转选定的一个/多个层。