复合材料模块

COMSOL Multiphysics® 5.4 版本引入了新的“复合材料模块”。借助“结构力学模块”的这个附加模块,您可以使用新的“多层材料”技术模拟层合板和多层材料。

复合材料模块概述

多层壳有两种不同的公式:一种基于经典层合板理论,另一种基于更完整的三维理论。前者在现有 接口中的材料模型中实现,而后者构成了新的多层壳 接口的基础。该模块的用户界面包含许多工具,用于在多层材料中指定各向同性和各向异性材料属性,并提供直观显示各个层的专用可视化工具。

此模块适用于对复合材料层合板进行结构分析,并可与“传热模块”和“AC/DC 模块”耦合,用于对复合材料进行多物理场分析。通过将“复合材料模块”与“传热模块”相结合,您可以实现更复杂的传热和热膨胀功能。同样,您也可以将“复合材料模块”与“AC/DC 模块”结合使用,从而在静电电流 接口中实现多层材料功能。

定义层合板

您可以使用新的多层材料 节点定义铺层,其中每一层都包含自己的材料数据、厚度和主方向。以这种方式定义的多层材料可以组合成新的多层材料。在对重复铺层或削层建模时,使用这一特征会非常方便。此外,您还可以为层间界面定义材料属性。三维和二维模式下的预览图可用于将输入数据可视化。

定义多层材料和预览结果模型的演示示例。 多层材料的铺层定义(插图)和预览图,其中显示每层的主方向。 多层材料的铺层定义(插图)和预览图,其中显示每层的主方向。

多层壳 接口

多层壳 接口用于详细分析层合板,结果包含全三维应力和应变分布。举例来说,您可以计算层间应力,并研究每个铺层内的应力变化。边界条件不仅可以施加在各单层上,也可以放置在层之间的各个界面上。各单层可以采用非线性材料。此物理场接口适用于分析层数有限、较厚到中等厚度的壳。每一层可以沿厚度方向具有不同的单元数。

以下列出使用多层壳 接口的模型:

将“多层壳”接口计算结果与精确三维解进行比较的全厚度图。

三层层合板中的横向剪切应力图,其中将 多层壳接口中的计算结果与精确的三维解进行比较。

三层层合板中的横向剪切应力图,其中将 多层壳接口中的计算结果与精确的三维解进行比较。

多层线弹性材料

新增“复合材料模块”后,先前的 接口通过新的材料模型得到了进一步增强:多层线弹性材料。这种材料模型适用于较薄和中等厚度的壳,可以包含许多层,而不会对性能产生显著影响。其理论依据是等效单层法,即,将所有层聚集成等效材料。

以下列出使用多层线弹性材料 特征的模型:

使用“多层线弹性材料”特征创建的风力发电机模型。 设计为夹层结构的风力发电机叶片的第三阶特征模态。 设计为夹层结构的风力发电机叶片的第三阶特征模态。

结果计算专用工具

在计算多层结构的结果时,需要使用一些额外的工具。通过特殊的多层材料 数据集,您可以使用全三维实体来表征多层壳的求解结果;不仅如此,还可以创建多种类型的切面图。在绘图方面,您可以使用特殊的工具将全厚度方向的变化情况可视化。

通过五种方式进行可视化的多层材料图。 较厚的三层层合板的多种可视化效果。 较厚的三层层合板的多种可视化效果。

多层结构中的多物理场

多层材料的所有物理场接口都使用相同的层合板铺层表示方法。这意味着,用户可以轻松地在结构层内建立一个描述多物理场的模型。壳传热 接口与多层壳 接口之间预定义的多物理场耦合特征可用于分析常见的热膨胀情况。该模块与“传热模块”进行组合时,提供包含热电效应的一些其他多物理场选项;与“传热模块”和“AC/DC 模块”结合使用时,可以包含焦耳热效应。

通过将用于分析多层线弹性材料的 接口与任一流体流动接口结合使用,可以为涉及复合材料的流-固耦合进行建模。将“复合材料模块”与“声学模块”进行组合,可以实现专用的多物理场耦合功能,用于分析多层线弹性材料中的声-结构相互作用。

层压复合壳的热膨胀模型采用多物理场耦合分析了热膨胀效应。

新增教学案例

COMSOL Multiphysics® 5.4 版本新增了多个教学案例。