复合材料最重要的特征是其层状构造,每一层可能使用不同的正交各向异性材料,而且不同层的材料主方向也可能不同。对于层合板来说,纤维的方向决定了层的方向。通过定义每一单层的特性来定义叠层结构。
指定单层的属性
可以使用堆叠的方法,从下到上一层一层的搭建叠层结构。最底层指定为层1,其它层按照单元坐标系的Z轴正方向依次往上堆叠,如果堆叠的方式是对称的,只需要输入一半层结构的参数即可。
同时,在实际的结构中,一些层只在部分模型上延伸。为了建立连续的层结构,这些中断层相应位置的厚度要设置为0,如下图所示,拥有4个铺层的模型,它的第2层在模型的部分发生中断。
·材料特性(通过材料号指定
MAT)
·层方向角度(THETA)
·层厚(TK)
也可以使用截面工具来定义层截面(GUI路径
Prep>Sections>Shell-Add/edit)。对于每一层,通过截面命令(SECTYPE,SECDATA)或者截面工具来定义的不同截面号(SECNUM)的层结构属性。
·材料特性(通过材料号指定
MAT)
·层的方向角(THETA)
·层厚(TK)
·每层的积分点数目(NUMPT)
层属性的说明
下列信息是对每一层结构属性的进一步说明:
·材料特性--与其它单元一样,MP命令定义线性材料特性,TB命令用来定义非线性材料数据表,唯一不同的是,一个单元的每层材料特性编号通过单元实常数表来赋予。每一层的线性材料可能是各向同性或者各向异性的。典型的纤维增强复合材料包含各向异性材料,这种特性经常需要提供主泊松比。材料特性的方向平行于层坐标系的方向,层坐标系通过定义单元坐标系和层的方向角来确定。
·层的方向角--定义层坐标系相对于单元坐标系的夹角。这个角度是这两种坐标系X轴的夹角(以度为单位)。在默认状态下,层坐标系是平行于单元坐标系的。所有的单元都有自己默认的坐标系。你可以使用ESYS命令改变单元坐标系的方向。你也可以自己写子程序来定义单元坐标系和层坐标系(USERAN和USANLY)。
·层厚度--如果层厚度是常数,你仅仅需要指定TK(I),即节点I处的厚度。厚度不一致时,4个角上的节点厚度值都必须输入,中断层的厚度值设置为0。
·每层积分点的数目--允许你决定程序在计算时对细节结果计算的精确程度。对于非常薄的层,一个积分点就足够了。但是对于层数较少的层合板来说,就需要更多的积分点了。程序默认的积分点数目为3,用户只可以通过SECxxxxx命令来自定义积分点数目。
‘三明治’结构和多层结构构型
三明治结构是由由两个薄的面板和一个厚的相对脆弱的芯材组成。如下图所示:
节点偏置
对于通过使用截面命令(SECxxxxx)来定义壳截面的SHELL181和SHELL281单元来说,节点的位置可以用SECOFFSET命令来偏置。下面这幅图显示出你可以很方便的在相邻的壳单元之间建立削层结构。在图13.3中,所有的节点都位于中间平面且各层在中面对齐,在图13.4中,所有的节点位于底面且各层在底面对齐。