【分享帖】3240环氧板有限元分析（呕心沥血力作）-RoboMaster 社区

【分享帖】3240环氧板有限元分析（呕心沥血力作）

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2019-02-09

3240环氧板FR4水绿环氧板是RM赛事中用的越来越多的材料，今天写技术报告时要做有限元分析（大年初四就开始工作了hhh），之前我用ANSYS做过一个类似的分析，是课程作业，我查了很多资料，只找到一个重要结论就是空气泊松比0，其它基本0.3上下浮动，杨氏模量没找到，通过公式随便算了一个值，然后算了三小时电脑崩溃了233最后做了另一个简单的交差了。翻车图

今天我决定把这个问题解决了，落入超级大坑，首先打开UG把所有材料都学习了一遍，发现自己是个英语菜B，大概十几分钟吧终于确定了没有3240环氧板，最相近的是这个词epoxy，这个词的意思是环氧树脂。科普一下

虽然差几个字但是RM要严谨。那只能自己新建材料了，点开WHAT？

除了密度好像都不太懂。又是一波学习，开始科普

做有限元分析会跑出来这几个英文 PRXY NUXY G E EX EY……….我好像学过但开始还是一脸懵逼，整理如下

主泊松比PRXY，指的是在单轴作用下，X方向的单位拉（或压）应变所引起的Y方向的压（或拉）应变。就是一个方向搞他XY方向应变变化比值

次泊松比NUXY，它代表了与PRXY成正交方向的泊松比，指的是在单轴作用下，Y方向的单位拉（或压）应变所引起的X方向的压（或拉）应变。

PRXY与NUXY是有一定关系的： PRXY/NUXY=EX/EY

E是杨氏模量Young's modulus E弹性模量的一种，又叫拉伸模量，用的贼多，具体公式后面再说，至于之个EX和EY是两个方向不同的杨氏模量，如果材料各向同性EX和EY是一样大的，但在求解器里面还会冒出来EZ原理差球不多，展开说挺复杂和各向异性下面的分类有关。

G和E差不多也是弹性模量的一种叫剪切模量也有XYZ之分，但没有E那么出名，还有个更不出名的叫K（体积模量）原因就是E=2G(1+v)=3K(1-2v)。只要知道E和v(就是PRXY泊松比)就可以把它推导出来

对于正交各向异性材料，需要根据材料数据分别输入主次泊松比，但是对于各向同性材料来说，选择PRXY或NUXY来输入泊松比是没有任何区别的，只要输入其中一个即可

这个好像是在二维平面内的研究方法，三维世界有三个泊松比。

各向同性这个词也经常出现就是：各向同性指物体的物理、化学等方面的性质不会因方向的不同而有所变化的特性，即某一物体在不同的方向所测得的性能数值完全相同，亦称均质性。就是像铁啦铝啦这些物质。（此段和3240无关）

还有就是要注意1Gpa=1000Mpa=1000*1000Kpa=1000*1000*1000pa=10^9pa这个很有用我经常弄错，一般模量都很大比强度大挺多，说模量一般说Gpa说强度一般说Mpa。所以见了几千兆帕模量不要害怕，

常见的各向异性材料有竹子、碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料等，简单来讲就是换个方向模量就变了

重点来了：3240环氧板是复合材料，如果是复合材料那么就要按复杂的那个来了，根据网上一些资料来看层压板一般属于正交各向异性材料，所以要用到主次泊松比，好像在ANSYS里面会出现复合材料分层结构各项异性材料模型设置窗口，EX，EY,EZ是弹性模量，PRXY,PRYZ,PRXZ是泊松比，GXY,GYZ,GXZ是剪切模量，UG也是需要XY XZ YZ三个方向的泊松比杨氏模量，如果是各向异性材料非正交，还要正交要输一个材料学矩阵，不是很懂，作为一个只学过机械工程材料的拖拉机专业的学生已经尽力了。。。

科普基本就完了，学习的很晕，然后开始想办法填写里面数值

首先密度：很容易介于1.7g/cm3到1.9g/cm3一下查到，写1.8就ok

然后是杨氏模量，贼鸡儿难找，知网万方找遍没找到，最后百度了一本叫《材料手册1材料的性能英文版[FrancoisCardarelli 著] 2014年版,然后吐了，老外写的太长了1400多页的时候才写完第一册，而且单词也怪的很，我看来几十页大概讲的都是什么火山岩石杨氏模量先放弃了，最后在万能的百度里查看了大部分材料的泊松比，和环氧板相近的板材都在0.35到0.38区间，根据我的分析应该在0，35左右，最高的是pp共聚物也刚刚0.4，而且我观察了一下v对整个公式的影响很小，根据一位湖南大学材料学博士来讲一般都是0.3对整体影响不大。

其实我感觉需要三个泊松比（PRXY,PRYZ,PRXZ，orNU XY,NUYZ,NUXZ），应该差不多就按0.35来算。泊松比解决半天过去了。

接下来继续杨氏模量E，我问了参赛的同学们，大家好像也没有什么思路，同济大学的一位同学告诉了我层间剥离问题，感觉这点很重要，我找到的只有两份文件《GBT 1303.1-1998 环氧玻璃布层压板》和《GBT 1303.4-2009 电气用热固性树脂工业硬质层压板第4部分：环氧树脂硬质层压板》这是环氧板执行标准，厂家应该就按这个标准做的环氧板，我研究研究葫芦里装的什么逼，里面有一个表观弯曲弹性模量大于24000Mpa，查了很多，能找到上唯一的解释是

没办法翻墙看了看Bending ElasticModulus of Appearance 还查不到

是个高端单词但在字里行间感觉，这个玩意应该就是杨氏模量，而且指的是垂直玻璃布和树脂黏着的方向的杨氏模量，也就是说只有一个XY放行的杨氏模量。如果按我要分析的模型其实只有XY方向有载荷和约束，一个EXY应该是可以的。本来找到一片相关的论文《玻璃纤维环氧树脂复合材料力学性能研究》但是只有单轴实验数据，研究的是环氧玻璃纤维棒。

目前来看我能找到的有

密度=1.8g/cm3 v=0.35 Exy=24GPa Gxy=E/2*(1+v)=8.9GPa 研究仅限XY平面

数据实在有限但应该能做。

然后是结构阻尼系数，我看了默认材料都没填写，这个就空下

然后是应力应变输入数据类型，我选了工程学stress-strain就是应力应变类型至于还有一个真什么什么，大部分都选这个后面一堆不用填写的，那个范迪米斯屈服准则貌似适用于各向同性材料后面三个没听说过，既然只算XY方向，那就无所谓了

第一页结束，然后是第二页强度，我都看来一下所有强度都按屈服强度计算就行，一般校核也是屈服强度除以安全系数S ，这个屈服极限根据《玻璃纤维环氧树脂复合材料力学性能研究》上面的图和3240的玻璃纤维含量大约小于350MPa，这一页ojbk。