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。前者在现有壳 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 和电流 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。
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：
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，先前的壳 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：
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。
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壳 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。
层压复合壳的材料特性
[0/60/-60/0/0/-60/60/0] 层合板的方向。本例计算均匀壳的等效弹性属性，并将求解结果与参考值进行比较。
在“案例库”中搜索：
laminated_shell_material_characteristics
风力发电机复合材料叶片的应力和模态分析
风力发电机叶片中的应力。叶片表层有 19 层，芯材为厚 PVC 泡沫，每侧由多层玻璃纤维复合材料包围，其外部采用碳纤维包覆。
在“案例库”中搜索：
wind_turbine_composite_blade
层压复合壳的热膨胀
六层复合材料中由加热引起的有效应力。
在“案例库”中搜索：
thermal_expansion_of_a_laminated_composite_shell
层压复合壳中的失效预测
根据 Hoffman 准则得到的单轴加载层合板安全系数。铺层主方向如插图所示。
在“案例库”中搜索：
failure_prediction_in_a_laminated_composite_shell
复合材料气瓶的细观力学和应力分析
图中的管设计为五层复合材料层合板，显示了管的所有层中的应力。
在“案例库”中搜索：
composite_cylinder_micromechanics_and_stress_analysis