厚复合单元是在三维空间中构建的三节点或四节点等参的厚板单元。这些单元以 Mindlin 理论为基础，并支持 Tsai-Wu、最大应力和最大应变破坏准则。您可获得核心层破碎应力。厚复合单元用于对航空等结构和其他复合材料产品进行建模。
直线中定义单元的最大表面编号将确定该单元的表面编号。表面编号控制压力等单元载荷。
对于厚复合单元，不考虑平面外转动自由度。您可以根据需要应用其他转动自由度和所有平动自由度。
何时使用厚复合单元
- 要对由多层组成、且其中一层明显厚于其他各层的板单元进行建模。
- 板的长度和宽度至少是厚度的 2 到 3 倍。
- 单元最初是平的（平面）。
定位厚复合单元中的层
为了进一步澄清此术语，层压是指一系列粘合的层（多层）。每个单元就是一个层压。厚度方向的多层相对于层压方向的不同方向予以定位。对于大多数单元类型，两组轴足以定义单元的位置和方向。对于复合单元，需使用四组轴。
整体轴
整体轴 X 、Y 和 Z 是定义有限元模型的节点坐标的参考轴。
单元轴
每个厚复合单元均有一组自己的局部坐标轴。另请参见下面的“控制厚复合单元的方向”。
四边形单元：单元轴 a、b 和 c 的原点定义在单元 N1-N2-N3-N4 的形心处。局部坐标 a 轴定义为从 N1-N4 边的中点延伸到 N2-N3 边的中点。局部坐标 c 轴定义为垂直于板单元（使用相对于节点编号的右手法则，即 N1 -> N2 -> N3 -> N4）的矢量。请参考图 1。
三角形单元：单元轴 a、b 和 c 的原点定义在单元 N1-N2-N3 的第一个节点 N1 处。局部坐标 a 轴定义为从节点 N1 延伸到节点 N2。局部坐标 c 轴定义为垂直于板单元（使用相对于节点编号的右手法则，即 N1 -> N2 -> N3）的矢量。局部坐标 b 轴定义为垂直于 a 轴和 c 轴（遵循右手法则）的矢量。请参考图 3。
层压轴
层压轴 X、Y 和 Z 是用于定义每层相对于层压之交角的任意参考轴。请参考图 1。
角 α 按逆时针方向从单元局部正轴 a 到层压轴 x 测量得出（遵循单元局部轴 c 的右手法则）。请参考图 1。通过使用“材料轴方向”部分，可以在“单元定义”对话框的“常规”选项卡中定义此角度。如果选择“使用指定的角度”选项，则层压轴 x 定位在单元平以及相对于单元轴的指定角度中。单元法线充当层压材料轴 z，层压材料轴 y 由右手法则确定 (z X x = y)。如果选择“使用指定的矢量”选项，则用户定义的矢量由原点和输入点指定。此矢量投影到单元，且投影作为层压轴 x。单元法线作为层压轴 z，而层压轴 y 由右手法则确定 (z X x = y)。在这种情况下，角度 α 取决于处理器。
层轴
层 1 轴是沿各层纤维的轴。层 2 轴是与各层纤维垂直的轴，且位于单元的平面中。层 3 轴垂直于单元，因此平行于单元的局部轴 c。
层在单元的局部正 c 轴中编号。请参见图 2 和 3。
ϑ 角由层压的正 x 轴到层 1 轴逆时针旋转测量得出（围绕单元的局部 c 轴遵循右手法则）。请参考图 1。这是在“复合层压堆叠顺序”表（位于“单元定义”对话框的“层压”选项卡中）的“方向角”列中指定的。
图 1：复合单元和复合角定义的典型示例
输入角度 α（“使用指定的角度”）或由处理器计算该角度（“使用指定的矢量”）。输入每层的角度 ϑ。
图 2：单元局部轴 abc、层轴 123 和层编号示例
轴 1 平行于纤维，轴 2 位于单元平面中且垂直于纤维，轴 3 垂直于单元平面。
图 3：三角形单元的单元局部轴 a-b-c、层轴 1-2-3 和层编号示例
输入角度 α（“使用指定的角度”）或由处理器计算该角度（“使用指定的矢量”）。输入每层的角度 ϑ。
厚复合单元参数
使用厚复合单元时，需遵循三个破坏准则。可以在“单元定义”对话框“常规”选项卡上的“破坏准则”下拉菜单中选择这些破坏准则。如果选择“无”选项，则不执行破坏分析。以下部分中描述了这三个选项。
Tsai-Wu
如果选择此选项，则系统将使用 Tsai-Wu（或二次张量多项式）准则确定部件能否进行结构分析。对于平面应力条件下的正交各向异性层，考虑到两个方向上的应力之间的作用，此准则由以下方程确定：
|
[1] |
其中
Xt = 拉伸的轴向或纵向强度 (>0)
Xc = 压缩的轴向或纵向强度 (>0)
Yt = 拉伸的横向强度 (>0)
Yc = 压缩的横向强度 (>0)
S = 剪切强度
F12 = 由双轴测试确定的应力作用材料属性。如果 F12 大于 0、且这两个条件均不满足，则 F12 将设置为等于 0：
σ 1 = 主材料 1 方向上的应力
σ 1 = 主材料 2 方向上的应力
τ 12 = 主材料 1-2 平面中的剪切应力
方程 1 中的值 F 将输出到每层的 filename.s 文件中。
最大应力
如果选择此选项，则系统将使用最大应力准则确定部件能否执行结构分析。给定的准则如下：
平面内准则：
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[2] |
平面外准则：
|
σ 核心 < Z c τ 13 < S 13 τ 23 < S 23 |
[3] |
σ 1 = 1 方向上计算得出的应力
σ 2 = 2 方向上计算得出的应力
σ 核心 = 核心层中计算得出的法向应力（3 方向）
τ 12 = 单元平面中计算得出的剪切应力（1-2 平面）
τ 13 = 单元平面中计算得出的剪切应力（1-3 平面）
τ 23 = 垂直于单元平面中计算得出的剪切应力（2-3 平面）
Xc = 1 方向上的允许压缩应力 (>0)
Yc = 2 方向上的允许压缩应力 (>0)
Xt = 1 方向上的允许拉伸应力 (>0)
Yt = 2 方向上的允许拉伸应力 (>0)
Zc = 3 方向上的核心层的允许压缩应力 (>0)
S = 单元平面中的允许剪切应力（1-2 平面）(>0)
S13 = 垂直于单元平面的允许剪切应力（1-3 平面）(>0)
S23 = 垂直于单元平面的允许剪切应力（2-3 平面）(>0)
如果不满足方程 (2) 的三个条件，则材料在平面内方向失败。如果不满足方程 (3) 的三个条件，则材料在平面外方向失败。
最大应变
如果选择此选项，则系统将使用最大应变准则确定部件能否执行结构分析。给定的准则如下：
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[4] |
ε 1 = 1 方向上计算得出的应变
ε 2 = 2 方向上计算得出的应变
γ 12 = 单元平面中计算得出的剪切应变（1-2 平面）
T1c = 1 方向上的允许压缩应变 (>0)
T2c = 2 方向上的允许压缩应变 (>0)
T1t = 1 方向上的允许拉伸应变 (>0)
T2t = 2 方向上的允许拉伸应变 (>0)
S = 单元平面中的允许剪切应变（1-2 平面）(>0)
如果不满足方程 (4) 的三个条件，则材料在平面内方向失败。对于最大应变破坏准则，不执行平面外计算。
在“层压核心”字段中指定层编号，用于定义厚复合单元的核心。必须始终定义核心层编号。厚复合单元中生成的平面外剪切应力完全交由一个指定的核心层提取。
“固化温差”定义为 T1 - T0。其中，T1 是整体锁定层以形成层压时的温度，T0 是室温。室温是在应用外部载荷（例如，力、压力和温度）之前将模型中的部件装配在一起时的温度。（通常情况下，室温也称为“无应力参考温度”。由于固化将产生残余应力，因此我们在此处避免使用“无应力”一词。）由于这些层位于不同的角度，因此层的不同程度的收缩将导致固化应力。这种固化应力会叠加在外部载荷引起的机械应力上。
若要将热载荷作为外部载荷的一部分加以应用，请在“平均温差”字段中指定室温 T0 与操作温度 T2 之差。输入值 T2 - T0。应用于复合材料节点的温度将被忽略。
“层压”选项卡定义复合单元中每个层的厚度、纤维方向（轴 1）的方向角以及材料属性。通过单击“材料”列，可以指定每层的材料属性。请参见上文的“定位厚复合单元中的层”。
- 考虑到平均温差，需在“分析参数”下指定热乘子。请参见页面“分析参数” ：线性材料模型静态应力。
- 使用“复制行”按钮，可复制现有输入以创建重复序列。输入一个要复制的层，或输入用短划线 - 分隔（如 4-8）的一系列层。对于“在行之前插入”字段，请指定要在堆叠顺序结束时插入副本的最后一项之后的任意行编号。
- “导出”按钮仅保存堆叠顺序（“厚度”和“方向角”），而不保存材料属性。使用“保存部件属性到文件中”命令可将其（以及所有部件信息）保存到文件中。有关“保存”和“读取”命令的信息，请参见“FEA 编辑器”环境页面中的“其他功能”段落（“可见性”、“抑制”、“复制”和“粘贴”）。
控制厚复合单元的方向
如果层压轴是使用“使用指定的角度”方法指定的，则指定单元的哪一边是 ij 边（或图 1、2、 3 中的 N1-N 2 边）对于正确定位纤维至关重要。记住：层轴和层压轴与单元轴相关；单元轴又与单元的 ij 边相关。可在“单元定义”对话框的“方向”选项卡中完成此操作。“方法”下拉菜单包含三个选项，可用于指定单元的哪一边是 ij 边。如果选择“默认”选项，则具有最大表面编号的单元边将选择作为 ij 边。如果选择“定位 I 节点”选项，则必须在“X 坐标”、“Y 坐标”和“Z 坐标”字段中定义坐标。单元上最靠近此点的节点指定为 i 节点。j 节点是单元上遵循单元法线轴（+3 轴）的右手法则的下一个节点。如果选择“定位 IJ 边”选项，则必须在“节点阶次”部分的“X 坐标”、“Y 坐标”和“Z 坐标”字段中定义坐标。单元上最靠近此点的边指定为 ij 边。i 和 j 节点均会指定，以便通过遵循单元法线轴（+3 轴）的右手法则，沿单元从 i 节点达到 j 节点。
指定 ij 边（或 N1-N2 边）本身时，并不会控制节点编号 N1-N2-N3-N4 是顺时针还是逆时针方向。这是通过指定正法线方向控制的。（层的顺序 1、2、3、4、n 也取决于单元法线的方向。）为此，请使用“方向”选项卡的“单元法线”部分中的“X 坐标”、“Y 坐标”和“Z 坐标”字段输入点。法线轴（轴 c、z 和 3）垂直于单元，且远离单元法线坐标的方向。请参见图 4。
图 4：确定单元法线
上图显示了复合单元的边视图。
单元法线点还可用于控制应用于复合单元的压力方向。正压力位于法线轴方向；因此，正压力点的方向远离单元法线点的方向。
使用厚复合单元时的注意事项
- 确保已定义单位制。
- 确保模型使用结构分析类型。
- 对于要成为厚复合单元的部件，请在其“单元类型”标题上单击鼠标右键。
- 选择“厚型复合材料”命令。
- 在“单元定义”标题上单击鼠标右键。
- 选择“编辑单元定义”命令。
- 若要在分析中使用破坏准则，请在“破坏准则”下拉菜单中选择一项。
- 在“层压核心”字段中，指定对行为具有最大影响的层。
- 如果您在执行热应力分析且复合材料具有固化温差值，请在“固化温差”字段中输入此值。
- 如果要执行热应力分析，请在“平均温差”字段中输入一个值。此值是分析温度与无应力温度之差。
- 若要通过定义角度来定义层压轴 (x-y-z) 的方向，请在“方法”下拉菜单中选择“使用指定的角度”选项，然后在“角度”字段中输入该值。该角度按逆时针方向从单元轴 a 到层压轴测量得出（单元局部轴 c 的右手法则）。请参见图 1。
- 若要通过定义矢量来定义层压轴，请在“方法”下拉菜单中选择“使用指定的矢量”选项，然后在“X 坐标”、“Y 坐标”和“Z 坐标”字段中输入该矢量。图 1 中的角度 α 由处理器计算得出。
- 单击“层压”选项卡。
- 在“厚度”列中，为复合材料的每层定义厚度。
- 在“方向角”列中，为每层定义相对于层压轴的层轴 (1-2-3)。这是上图 1 中的角度 ϑ。
- 单击“材料”列，可指定每层的材料属性。
- 单击“方向”选项卡。
- 输入单元法线坐标。单元法线非常重要，这是因为每层的方向角 q 均遵循与垂直于单元的轴相关的右手法则，厚度方向上各层的方向均取决于单元法线。（此外，应用于单元的正压力也位于正单元法线的方向。）
- 如果层压轴是使用角度（图 1 中的 α）指定的，则指定 ij 边至关重要。选择“节点阶次方法”并输入适当的 X、Y、Z 坐标。
- 按“确定”按钮。