[机械设计] 3240环氧板有限元分析(呕心沥血力作)

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下士郝伟
2019-2-9 14:39:25 显示全部楼层

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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
IMG_20181113_175455.jpg
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
g.JPG
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?
h.JPG
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,EXEY,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/cm31.9g/cm3一下查到,写1.8ok
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 ] 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0.350.38区间,根据我的分析应该在035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,PRXZorNU 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 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
v.JPG
没办法翻墙看了看Bending ElasticModulus of Appearance 还查不到
m.JPG
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 p.JPG
第三页耐久性,这个用不到,从疲劳极限应力图里面看只要在安全区里面基本不会疲劳失效,而且是非塑性材料,把安全系数取得高一点3应该就可以了
后几页超出认知范围,默认材料也没有写。差不多把数填完了,是个大坑。写不动了,后面再更新,我水平实在有限,各位大佬批评指正,我把相关资料上传到帖子里面了,希望能慢慢完善玻纤板有限元分析。这个边板灵感来自于同济大学陈雨宇大神,也希望组委会给个电机呗(西北农林科技大学)
DAVY.gif

GBT 1303.1-1998 环氧玻璃布层压板.pdf

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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.pdf.pdf

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玻璃纤维/环氧树脂复合材料力学性能研究.pdf

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下士郝伟
 楼主| 2020-5-9 15:16:17 显示全部楼层
临风飘飘 发表于 2020-2-25 08:53
板件之间镂空的图形尺寸是怎么确定的

根据导出的stl模型和原来模型布尔求差确定

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下士郝伟
 楼主| 2019-2-27 17:28:01 显示全部楼层
Restless Breeze 发表于 2019-2-26 16:30
这么用心的帖子不能沉啊,顶一下

谢谢 哈哈哈哈

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下士郝伟
 楼主| 2019-2-15 19:14:16 来自手机 显示全部楼层
RMKK 发表于 2019-2-13 10:41
中文???请问这软件是什么

UG的一个模块

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中士Mars
2019-2-9 16:26:03 显示全部楼层
谢谢大佬的分享

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中士winter
2019-2-12 13:23:18 显示全部楼层
看不懂,先顶

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中尉花师小哲
2019-2-12 16:14:57 显示全部楼层
同样是被有限元分析困扰着,感谢分享

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下士靖YBJ
2019-2-12 19:42:11 显示全部楼层
看不懂,来学习一波

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上等兵RMKK
2019-2-13 10:41:01 显示全部楼层
中文???请问这软件是什么

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中士翘楚
2019-2-14 23:13:53 显示全部楼层
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版主快拆小分队
2019-2-15 11:26:58 显示全部楼层
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少尉Restless Breeze
2019-2-26 16:30:01 显示全部楼层
这么用心的帖子不能沉啊,顶一下
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