
用于分析层状复合材料的专业软件
“复合材料模块”是结构力学模块的附加模块,提供了专门用于分析多层复合结构的建模工具和功能。常见的层状复合材料包括纤维增强塑料、层合板和夹层板等,这些复合材料广泛应用于制造飞机部件、航天器部件、风力发电机叶片、汽车零部件、建筑物、船体、自行车以及安全设备。“复合材料模块”基于专业的多层材料技术,提供了分层理论 和等效单层理论 这两种方法来准确模拟复合材料壳。
此外,您还可以将“复合材料模块”与 COMSOL® 产品库中的其他模块结合使用,以扩展对复合材料结构的多物理场分析,可包含传热、电磁学和流体流动效应——实现在同一个仿真环境中执行所有仿真分析。
复合材料模块支持的建模功能
“结构力学模块”提供多个预定义的物理场接口,其中包含许多专用设置,方便用户更轻松地设置和运行各种分析。“复合材料模块”包含用于复合材料层合板仿真的附加接口和材料模型,供用户根据层理论和分析类型选用。除了常规的结构分析外(例如稳态分析、特征频率分析、瞬态分析、线性屈曲分析等),软件还支持执行首层失效分析和多尺度建模。由于复合材料层合板是工程材料,具有多种不同的失效模式,因此在工程上,需要对复合材料层合板执行各种失效分析。
除此之外,结合优化模块还可以优化复合材料的几何尺寸、复合材料铺层、层片厚度、纤维方向和材料属性等。
请阅读下文,详细了解“复合材料模块”的相关功能。
利用多物理场耦合,扩展复合材料分析
在通常情况下,在设计复合材料层合板时工程上主要考虑的是结构分析。然而,在一些特殊情况下,还必须考虑其他物理效应的影响。在层合板结构与其他物理过程发生相互作用时有两种完全不同的方式:发生在层合板层内的相互作用以及层合板作为边界时发生的相互作用。
与电磁-热效应耦合
热和电效应通常是发生在层合板内非常显著一种物理效应,在层合板设计过程中,精确的分析此耦合效应非常重要。借助多层材料技术,用户不仅可以在同一多层材料中使用不同的物理场接口,还能同时求解所有物理现象,以及不同物理场之间的耦合作用。从结构设计的角度来看,两种层合板理论都可以与复合材料层合板的热电耦合模拟相结合,分析如复合材料层合板的焦耳热和热膨胀等问题。
使用多物理场耦合功能来分析电磁-热效应时,需要用到传热模块和 AC/DC 模块。
与流体、声学分析耦合
在其他一些物理过程中,层合板常常用作域边界,而域内往往发生一些重要的物理过程,如流体流动等。这种情况下,用户可以通过壳 接口中基于等效单层理论的多层线弹性材料,通过流-固耦合 多物理场耦合节点将复合材料层合板与周围流体进行耦合。与 CFD 模块相结合,可以利用此功能分析层流和湍流。
同样,您也可以将此模块与声学模块相结合,通过声-结构边界 多物理场耦合节点将复合材料层合板与周围声学域进行耦合,实现振动声学问题建模。
层合板定义和可视化专用工具
复合材料层合板由多个层组成,并且各单层的材料、纤维方向、厚度等属性各不相同。“复合材料模块”提供一组专用的工具,不仅可以直观地显示铺层,还能方便地提供相关信息。此外,由于复合材料层合板本质上具有各向异性,并且在全厚度方向通常是非均质的,因此仅在参考表面计算结果往往是不够的。您需要计算每一层以及全厚度方向的结果。
多层材料特征
多层材料 节点可用于定义铺层,其中每一层都具有自己的材料数据、厚度和主方向。以这种方式定义的多层材料可以通过多层材料堆叠 节点进行组合,用于创建更复杂的多层材料,当铺层重复或是对削层建模时,这种做法非常方便。此外,您还可以为层间界面定义材料属性。
层预览图
该模块提供两种预览图用于将复合材料铺层的输入数据可视化:层堆叠预览 和横截面层预览。层堆叠预览 图描绘层数以及每层中的主纤维方向。横截面层预览 图显示每层的厚度以及参考平面的位置。
多层材料连接
当以并行结构连接两个不同的层合板或者模拟削层情况时,可以将多层壳 接口中的多层材料堆叠 节点与连续性 节点结合使用。两个层合板的连接区域可以通过不同的选项来控制。您可以使用连续性 节点中的横截面层预览 绘图将这两个层合板的连接层可视化。
多层材料数据集
即使将复合材料层合板作为表面(二维)几何元素建模,您也可以使用多层材料 数据集在有限厚度的几何结构上将结果可视化。此外,您还可以沿厚度方向缩放几何结构,以薄层合板的形式获取更佳的显示效果。利用此数据集,您可以将结果绘制成三维几何结构中的表面或切面。
多层材料切面图
多层材料切面 绘图能为您在复合材料层合板中创建切面提供更大的自由度,该绘图适用于以下情况:
- 创建仅穿过一个或几个选定层的切面
- 创建穿过一些或所有层的切面,但这些层不一定置于全厚度方向
- 详细检查特定层,并在该层内非中面的特定位置创建切面
全厚度图
您可以利用全厚度 图将边界上特定位置的任意物理量在层合板厚度方向的变化情况进行可视化。您可以在该边界上选择一个或多个几何点,也可以创建截点数据集,还可以直接指定点坐标。与其他曲线图不同的是,该绘图的结果物理量绘制在 x 轴上,而厚度坐标绘制在 y 轴上。
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