반측지선 와인딩을 이용한 복합 압력 용기 분석

반측지선 와인딩을 이용한 복합 압력 용기(CPV) 분석

이 패키지에서는 먼저 복합 압력 용기 제작 시 권취 방법을 소개합니다. 이어서, 반측지선 패턴 방정식과 함께 자세한 매개변수 정의를 제시합니다. 이 방정식들은 용기의 여러 부분에서 권취 각도와 두께와 관련이 있습니다. 본 교육 패키지에서는 복합 압력 용기 해석에 대해 자세히 설명합니다.

아시다시피, 와인딩 시뮬레이션은 돔의 각도와 두께가 서로 다른 좌표에 따라 변하기 때문에 가장 중요한 문제입니다. CPV를 시뮬레이션하는 한 가지 방법은 모든 돔 단면을 분할하는 것입니다. 그런 다음 계산된 두께와 각도를 단면에 할당해야 합니다. 정확한 결과를 얻으려면 특히 끝 돔에 많은 분할을 생성해야 합니다. 이 영역에서 각도와 두께가 순간적으로 변하기 때문입니다. 반면, 최적의 복합 압력 용기를 찾으려면 많은 시뮬레이션이 필요하며, 분할 방법을 사용하는 것은 매우 시간이 많이 소요됩니다. 따라서 Python 스크립팅을 사용하여 이 문제를 해결하고 정확한 결과로 많은 CPV를 빠르게 시뮬레이션합니다. 이 교육 패키지에는 자동 모델링을 위한 Python 스크립팅과 Fortran 언어를 사용한 UMAT 서브루틴이 포함되어 있어 점진적인 퍽 고장을 식별할 수 있습니다.

워크숍 1: Python 스크립트를 이용한 반지방형 복합 압력 용기 자동 시뮬레이션

먼저, Abaqus 유한요소 소프트웨어를 사용하여 반측지선 권선 패턴을 갖는 복합 압력 용기를 시뮬레이션합니다. 앞서 언급했듯이, 이 용기들은 Python 프로그램을 사용하여 시뮬레이션되었으며, 프로그램 작성 및 사용 방법을 자세히 설명했습니다. 이 Python 스크립트는 Abaqus 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)를 사용하지 않고도 용기의 관련 치수만 입력하면 압력 용기를 자동으로 시뮬레이션할 수 있도록 도와줍니다. 따라서 이 프로그램을 사용하면 더 이상 ABAQUS 소프트웨어에서 용기를 그리거나 다른 시뮬레이션 단계를 수행할 필요가 없습니다. 또한, Python 스크립트의 프로세스를 더 잘 이해하기 위해 흐름도를 작성하여 제시했습니다.

반측지선 와인딩에서는 맨드렐과 섬유 사이의 마찰을 고려해야 한다는 점을 언급해야 합니다. 와인딩 각도를 계산하는 이 방법에서는 돔 위에서 섬유의 이동 경로를 조사하고 각 지점에서 섬유에 가해지는 힘을 결정해야 합니다. 그런 다음 이 정보를 사용하여 와인딩 각도와 기타 매개변수를 기반으로 섬유가 맨드렐 위에서 미끄러지는 경향을 설명하는 방정식을 얻습니다. 따라서 이 특이 방정식을 풀어 각도와 두께를 계산해야 하며, 파이썬에서 수학적 모델을 추가하여 수행할 수 있습니다. 이 워크숍에서 그 방법을 알아볼 수 있습니다. 또한, 이 파이썬 프로그램은 각 요소의 좌표를 기반으로 계산된 두께와 와인딩 각도를 할당할 수 있습니다. 예를 들어, 이 워크숍의 마지막 부분에서는 파이썬 스크립트와 Tsai-Hill 파괴 기준을 사용하여 압력 용기를 시뮬레이션했습니다. 용기의 응력 분포를 포함한 이 시뮬레이션 결과가 제시되었습니다. 실제로, Abaqus에서의 복합 압력 용기 시뮬레이션 압력 용기를 설계하기 위한 다른 섬유 권취 방법에 대해 알아보려면 패키지를 참조하세요.

워크숍 2: 퍽 기준을 적용한 복합 압력 용기의 파손 분석

퍽 파괴 이론은 다양한 파괴 이론들 중에서 파괴 시작점을 식별하는 가장 효과적인 기준으로 선정 및 도입되었습니다. 퍽 기준은 다양한 층 파괴 메커니즘을 식별하고 각 유형의 파괴가 적층판에 미치는 영향을 정량화하는 데 도움이 됩니다. 아래에서는 이 기준의 방정식을 도출합니다. 퍽의 기준은 섬유 간 파괴 기준을 결정하는 특정 매개변수를 설정하고, 작용 하중 하에서 주어진 섬유의 잠재적 파괴 모드를 제시합니다. 퍽 이론은 섬유 파괴를 인장 섬유 파괴(FFT)와 압축 섬유 파괴(FFC)의 두 가지 모드로 구분하고 각 모드에 대한 별도의 공식을 제공합니다. 또한, 이 이론은 매트릭스 파괴에 대한 세 가지 파괴 모드를 예측합니다. 첫 번째 모드는 파괴각이 0인 인장 섬유 간 파괴(IFFA)입니다. 두 번째 모드는 파괴각이 0인 압축 섬유 간 파괴(IFFB)이며, 세 번째 모드는 파괴각이 0이 아닌 압축 섬유 간 파괴(IFFC)입니다. 퍽 이론은 이 두 가지 모드도 결정할 수 있습니다. 다음 단계에서는 Puck 기준에 의해 예측된 모든 파괴 모드가 UMAT 서브루틴을 사용하여 구현됩니다. UMAT은 User Material의 약자입니다. ABAQUS 재료 라이브러리에 포함된 기존 재료 모델이 모델링할 재료의 거동을 정확하게 나타내지 못할 때 User Material을 사용합니다. 이 패키지에서는 Abaqus 소프트웨어 설명서를 사용하여 UMAT 서브루틴의 여러 부분과 사용 방법을 자세히 설명합니다. 일반적으로 이 서브루틴에서는 Puck 이론을 실행하는 데 필요한 방정식과 입력값을 입력하여 각 증분에서 강성 행렬과 응력 행렬을 계산합니다. Puck 기준을 사용하면 이 서브루틴은 섬유 파괴 모드에 대한 조건이 충족되는 경우 환산 강성 행렬을 계산할 수 있습니다. 또한 UMAT 서브루틴의 프로세스를 더 잘 이해하기 위해 흐름도를 작성하여 제시했습니다. 워크숍 2의 마지막 부분에서는 워크숍 1에서 Python 스크립트와 Tsai-Hill 기준을 사용하여 시뮬레이션했던 동일한 압력 용기를 다시 시뮬레이션했습니다. 이번에는 Python 스크립트와 Puck UMAT 서브루틴을 사용했습니다. Puck 이론을 기반으로 다양한 섬유 파손 및 섬유 간 파손 모드에 대한 이 시뮬레이션 결과가 제시되었습니다. UMAT 서브루틴을 더욱 효과적이고 포괄적으로 학습하려면 다음을 사용할 수 있습니다. 유매트 서브루틴(브이유매트 서브루틴) 소개 패키지. 그 후, 고장 시작을 식별하기 위한 작성된 서브루틴이 퍽 방정식에 따라 검증되었습니다.

복합 압력 용기 분석에 대한 충분한 정보를 얻으셨기를 바랍니다. 이 패키지에 대한 추가 정보가 필요하시면 이 페이지 왼쪽에 있는 온라인 채팅을 통해 언제든지 문의해 주시기 바랍니다.

보는 것이 도움이 될 것입니다 Abaqus 문서 Abaqus 시뮬레이션을 시작하기가 얼마나 어려운지 이해하려면 아바쿠스 튜토리얼엘.

또한, 서브루틴을 작성하는 방법에 대한 일반적인 설명은 다음 제목의 기사에서 제공됩니다. “Abaqus에서 서브루틴 작성 시작하기: 기본 사항 및 권장 사항“. FORTRAN에 대해 전혀 모르더라도 이 글을 통해 기본 사항을 배울 수 있습니다. “"서브루틴 작성을 위한 Abaqus Fortran "필수 지식""“. UMAT 작성을 시작하려면 이 기사도 참고해 보세요. “"Abaqus에서 첫 번째 UMAT 쓰기 시작하기"”.

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