薄复合单元是在三维空间中构建的三节点或四节点等参的薄板单元。这些单元以 Kirchhoff 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。薄复合单元用于对自行车车架和体育用具等结构进行建模。
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。
对于薄复合单元，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。
何时使用薄复合单元
- 要对由多个薄层组成的板单元进行建模。
- 板的长度和宽度至少是厚度的 5 到 10 倍。
- 单元最初是平的（平面）。
定位薄复合单元中的层
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
每个薄复合单元均有一组自己的局部坐标轴。另请参见下面的“控制薄复合单元的方向”。
“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。
角度 α 由单元的局部正 a 轴到层压 x 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。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“使用指定角度”选项，则层压轴 x 处于单元平面，并与单元轴 a 呈指定的角度。单元法线充当层压轴 z，层压轴 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
按原样输入 α 角（“使用指定角度”）或由处理器计算（“使用指定矢量”）。输入每层的 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
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。
薄复合单元参数
使用薄复合单元时，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。下文描述了这三个选项。
Tasi-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 2 = 主材料 2 方向上的应力
τ 12 = 主材料 12 方向上的应力
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：
|
[2] |
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
τ 12= 计算得出的剪切应力
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)
S = 允许剪切应力 (>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。对于薄复合单元，不执行平面外计算。
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：
|
[3] |
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 = 计算得出的剪切应变
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 = 允许剪切应变 (>0)
如果不满足方程 (3) 的三个条件，则材料在平面内方向失败。不执行平面外计算。
“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”选项卡用于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“定位薄复合单元中的厚度”。
- 考虑到平均温差，需在“分析参数”下指定热乘子。请参见线性材料模型静态应力页面。
- 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。
控制薄复合单元的方向
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。
使用薄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。
- 对于要成为薄复合单元的部件，请在其“单元类型”标题上单击鼠标右键。
- 选择“薄型复合材料”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。
- 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。ϑ 角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）。请参见上面的图 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。