使用 COMSOL 软件分析多层复合材料

层合板理论：轻松定义与直观显示层合结构

层压复合材料壳的分析通常基于分层理论或等效单层（ESL）理论。

“复合材料模块”基于专门的多层材料技术，提供两种可用于精确模拟复合材料壳的理论：分层理论 和等效单层理论。前者适用于层数有限、厚至中等厚度的复合材料壳；后者则适用于薄至中等厚度的壳，并能高效处理大量的层，而对计算性能无显著影响。这两种理论还可以结合使用，对复合材料层合板进行综合分析。借助这些强大的理论支撑，用户能够执行多尺度、多物理场及各类失效分析，优化层合板的铺层方案与其他关键设计参数。

复合材料模块：仿真功能概览

使用 COMSOL^® 软件对复合材料层合板进行全面的结构分析。

细观力学与宏观力学

计算复合材料层合板的均质材料属性和宏观响应。

多尺度分析

在宏观与微观尺度上评估复合材料结构的力学响应。

非线性材料¹

在多层复合材料中轻松引入非线性材料模型。

脱层

精确模拟复合材料层合板中脱层的产生与扩展过程。

线性屈曲

计算复合材料在压缩载荷作用下的临界载荷因子和振型。

首层失效

评估层压复合材料壳的结构完整性。

复合材料优化²

灵活优化复合材料铺层、铺层厚度、纤维方向及材料属性。

结构连接

利用强大的多物理场耦合功能，实现壳单元、多层壳单元与其他结构单元的耦合分析。

需要“非线性结构材料模块”
需要“优化模块”

层合板定义和可视化专用工具

“复合材料模块”提供了一系列专用工具，能够直观展示由多层材料构成的复合材料层合板结构。

“模型开发器”特写视图，其中突出显示“多层壳”节点；“图形”窗口中显示复合材料板模型。

多层壳接口

多层壳 接口（适用于三维）基于分层理论，能够对复合材料层合板进行详细分析，其中各层材料可具有非线性特性。该接口还支持在参考表面内以及沿厚度方向使用不同的形函数阶次来描述位移场。计算结果中包含全三维应力和应变分布，还能够计算层间应力，并研究每个铺层内部的应力变化等关键性能指标。

多模型方法

基于分层理论的多层壳 接口能够提供高精度仿真结果，但计算成本较高；而基于等效单层理论的壳接口的计算效率较高，但无法准确捕捉沿厚度方向的结果。多模型方法在复合材料层合板的不同部分巧妙融合了这两种理论，为夹层复合材料结构仿真提供了精度与性能的完美平衡。

“模型开发器”的特写视图，其中突出显示“线弹性材料，多层”节点，并显示两个“图形”窗口。

多层材料特征

多层材料 节点可用于定义铺层，支持为每一层独立配置材料数据、厚度和主要方向，并可灵活定义层间界面的材料属性。以这种方式定义的多层材料可以通过多层材料链接 或多层材料堆叠 节点进行组合，以创建更复杂的多层材料，尤其适用于铺层具有重复性、对称性或反对称性的情况。这些节点包含操作按钮，用于显示复合材料层合板的二维或三维预览图。