薄殼元素性質

在「模型」樹 > 「物理屬性」中，以右鍵按一下「薄殼」 > 「新建」。

• 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。

薄殼元素有兩個主要選項：「標準」和「層壓板」。

標準薄殼

• 厚度 (t)：將均勻分佈在表面兩側的薄殼元素厚度。
• NSM：計算中將使用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「標準」薄殼的下列其他性質。
  
  • 應力恢復：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。
  • 中間平面偏移距離：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。
  • 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。不直接支援法線 (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法線節點旋轉，或者如果您需要沿元素平面的法線軸傳送力矩，請啟用「包括鑽孔自由度 (CQUADR/CTRIAR)」選項。法線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)。

層壓板薄殼

• 「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：定義整體層，如下圖所示。

      

    • 向上：將選取的層上移一步。
    • 向下：將選取的層下移一步。
    • 對稱：建立選取層的對稱層。
    • 反對稱：建立選取層的反對稱層。
    • 退回：退回執行的作業。
    • 重做：重做執行的作業。
    • 刪除：刪除選取的層。
    • 剪下：剪下選取的層。
    • 複製：複製選取的層。
    • 貼上：貼上剪下或複製的層。
    • 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：可讓您為選取的層建立多個層。
  • 使用整體層：可讓您啟用「整體層」欄。
  • 材料層合板：可讓您將層從「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。
  • 在「層選項」中按一下「加入」開始第一個層定義。此層將會是材料層合板的最底層。
    • 層 ID：複合物的每一層都有唯一的 ID。在此對話方塊中建立這些層時，Inventor Nastran 會自動產生這些 ID。您無法變更這些 ID。
    • 材料：每一層都可以有不同的材料。若要從此下拉式功能表中選取材料，必須在「材料」下預先定義。
    • 厚度：每一層都可以有自己的厚度值。
    • 角度：這是層方位角。這是相對於材料配向角度所測量的角度。零角度層會與材料方位對齊。
    • 應力/應變：可讓您將每一層設定為「開啟」或「關閉」，來控制每一層的應力輸出。
  • 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 設定為預設的失效理論。
      • 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。

      • 最大應力為最大應力理論。

        

      • 最大應變為最大應變理論。

        

      • 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。如需更多詳細資料，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。如需更多詳細資料，請參閱《Autodesk Nastran 使用手冊》的〈參考 12〉和〈參考 13〉。

    • 強度比率：控制 Tsai 強度比率的輸出，提供來取代複合元素層結果輸出的失效索引。設定為「開啟」時，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：此值定義黏合材料的層間剪應力。您需要此值才能取得「黏合失效索引」輸出。
    • 底部纖維距離：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)：此值定義結構元素阻尼係數，是在動態分析中使用之臨界阻尼比 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)：顯示層壓板中指定的總厚度。
• 層建立技巧：
  • 有許多方法可以方便地定義不同的層性質。
  • 對第一列，按一下「加入」，按一下該列的「材料」欄，選取一種材料。系統會自動載入其餘欄的預設值。
  • 現在選取層 ID 1。

    

  • 在重複按鈕旁邊的方塊中顯示 2 時 (預設為 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，在欄位上按一下右鍵以變更。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，性質是從下往上定義。

    

  • 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：層壓板等效性質會以層數和層中定義的總厚度顯示在 ABD 矩陣中。
  • 快顯功能表：在列上按一下右鍵時，快顯功能表會如下顯示：

    

    • 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：可將一般層轉換為整體層定義。
    • 剪下：剪下選取的層。
    • 複製：複製選取的層。
    • 貼上：貼上剪下或複製的層。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：刪除選取的層。
    • 反轉層：反轉選取的層。