有限元分析中复合材料建模

  复合材料很多应用于现代工业设计，其在汽车，航空工业的运用也对有限元模型提出新的要求。以汽车工业为例，玻璃丝增强塑料广泛用于车壳制作，碳陶复合资料广泛应用于刹车片制作。这两种资料都归于所谓的颗粒复合资料，微观上是由在基材内混入颗粒，其微观资料模型的模仿办法根本能够沿袭经典的办法。而另一种复合资料，层状复合资料，由多层不一样性质的资料叠加而成，在有限元模型上更杂乱。这次就来说说在有限元建模上处理的流程。　　

  层状复合资料在建模上能够分为三种办法：根据区域的壳模型，根据层的壳模型，和根据层的实体模型。本质上一切模型都为了模仿类似下图中的层状资料。

  在经典的区域壳模型中，一个壳结构被分为多个区域，每个区域代表一种层组合。同一层资料能够存在于多个区域，但是在不同区域的界说中，该层资料仍然要被重复界说一次。这种建模方式描述的是复合资料模型终究的(在加载时）的状态。所以这种模型的建模流程大致是。

 １、生成壳单元。　　

 ２、指定单元材料坐标。　　

 ３、指定模型中所有用到的各层材料的微观材料材料模型。多见的如平面应力各向同性材料，或许正交各向异性材料等。　　

 ４、指定模型各区域的层叠模型。每个区域有独一的层叠组合。同一层材料或许出现在不一样区域。各区域的模型包括该区域层的组合，该区域的总厚度等。　　

 ５、指定各单元地址的区域及对应的层叠模型。　　

 ６、生成边界条件。　　

 ７、加载求解。　　

 以上区域模型的利益，是模型建成后一目了然：结构有不一样材料的各部位由不一样材料模型标明。缺点是建模任务跟着层的增多而迅速增加。有时候仅仅为了参与一层不规则形状的材料，工程师要在模型中参与多个模型以对应新一层发生的各种层叠组合。为了处理这种疑问，后来有了依据层的壳模型。　　

 区域模型描写模型的毕竟形状，而层模型描写的复合材料的生成进程。这和复合材料的出产进程是对应的。复合材料的出产，是通过各层材料的切开与层叠复合。而层模型的描写方法也是依据这个进程。其建模流程大致是。　　

 １、生成壳单元。　　

 ２、指定单元材料坐标。　　

 ３、指定模型中所有用到的各层材料的微观材料材料模型。这前面三步和前一种方法是一样的。　　

 ４、生成（切开）各层。各层材料的形状对应的工业制造中该层材料的切开形状。前处理软件通过这些形状在求解器来生成不一样区域的材料特点。所以在这一步建模进程中拟定的参数基本上是工业制造流程中需要指定的参数：各层的形状，各层厚度，各层的加强纤维方向等。　　

 ５、把上一步生成的各层组合起来生成层叠模型。　　

 ６、对每一种层叠组合生成对应的层叠材料。　　

 ７、拟定各单元的层叠材料。　　

 ８、生成边界条件。　　

 ９、加载求解。　　

 以上两种都是壳模型。其区别仅在于建模进程，在求解器内部各单元对应的材料模型是一样的。不论某区域的材料层叠情况如何，各区域老是由一层壳单元来描写。其在厚度方向的内力都是通过依据弥散模型而简化的某种壳单元来计算。为了更精确描写复合材料在厚度方向的变形，有时候我们需要实体模型。这即是依据层的实体模型。其建模进程是。　　

 １、生成实体单元，每一层复合材料由一层实体单元描写；　　

 ２、指定单元材料坐标；

 3、指定模型中所有用到的各层材料的微观材料材料模型；　　

 ４、对每一种层定义对应的实体材料；　　

 ５、拟定各单元的实体材料；　　

 ６、生成边界条件；　　

 ７、加载求解。　　

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 这种实体描写更精细地对应复合材料的三维情况。但由于各层材料遍及很薄，这种模型一般要运用很多的实体单元。所以仅适用于需要精细分析的复合结构节点等部位。