复合材料仅用于壳单元和膜单元。若要正确输入材料属性,必须在“单元定义”对话框中定义材料轴。(请参见壳单元和膜单元。)
单击“单元定义”的“复合层压堆叠顺序”表的“材料”列之后,图 1 中的“材料选择”对话框将会显示。该下拉菜单将显示模型任何部件中的任何层已使用的所有复合材料列表。选择现有材料并单击“确定”按钮,即可将选定材料应用到当前层。
图 1:复合单元的材料选择
单击“添加”按钮之后,将显示标准的材料库界面。从现有库中选择材料,或选择“[自定义]”并输入自定义属性。这会将新材料添加到可供模型使用的复合材料列表中。如果选择材料并编辑属性,则可输入“名称”,该名称将显示在下拉框中。请注意,此名称(和关联属性)不用于复合单元材料选择以外的位置。
单击“修改”按钮之后,还会显示标准的材料库界面。您可从中选择现有材料,或使用 [自定义] 材料。“修改”和“添加”之间的区别在于,如果使用“修改”按钮,则下拉菜单中所选的原始材料将替换(或更新)为输入的新属性。
复合材料属性将在下面列出。根据单元类型和选项,可能并非所有材料属性均为必需属性。除了以下列出的属性以外,可能还需要定义一些各向同性材料属性。
此部分中使用的符号定义如下:
Ef |
纤维材料的弹性模量 |
Em |
矩阵材料的弹性模量 |
Gf |
纤维材料的弹性剪切模量 |
Gm |
矩阵材料的弹性剪切模量 |
μ
f
|
纤维材料的泊松比 |
μ
m
|
矩阵材料的泊松比 |
Vf |
纤维材料的体积与总体积之比 |
Vm |
矩阵材料的体积与总体积之比 (= 1 - Vf) |
弹性属性
- 局部坐标轴 1 的弹性模量 (E1):局部坐标轴 1 的弹性模量是材料在达到比例限制之前局部坐标轴 1 的应力与应力曲线的斜率。这也称为“局部轴 1 的杨氏模量”。另外,对于纤维复合材料,可以使用以下方程:E1 = Vf*Ef + Vm*Em,其中属性取局部坐标系轴 1 的方向。
- 局部坐标轴 2 的弹性模量 (E2):局部坐标轴 2 的弹性模量是材料在达到比例限制之前局部坐标轴 2 的应力与应力曲线的斜率。这也称为“局部坐标轴 2 的杨氏模量”。另外,对于纤维复合材料,可以使用以下方程:E2 = Vf * Ef + Vm * Em,其中属性取局部坐标轴 2 的方向。
- 局部平面 12 (主)泊松比 (µ12):对于轴向载荷构件,通过取局部平面 12 中的负侧向应变,然后除以与局部平面 12 垂直方向的轴应变,可以得出局部平面 12 的泊松比。(µ12 = -应变方向 2/应变方向 1)泊松比的典型值介于 0.0 到 0.5 之间。对于纤维复合材料,可使用以下方程:μ12 = Vf * f + Vm * μm,其中,属性是在 12 平面中测量的。局部平面 12 的泊松比可称为“主泊松比”。
- 局部平面 12 的弹性剪切模量 (G12):局部平面 12 的弹性剪切模量(在单元平面中)是材料在达到比例限制之前平面 12 的剪切应力与剪切应变的斜率。这也称为“刚性模量”。对于纤维复合材料,可使用以下方程:G12 = (Gf * Gm) / (Vm * Gf + Gm * Vf)
- 局部平面 13 的弹性剪切模量:局部平面 13 的弹性剪切模量(垂直于单元)是材料在达到比例限制之前平面 13 的剪切应力与剪切应变的斜率。这也称为“刚性模量”。此属性仅适用于壳单元。
- 局部平面 23 的弹性剪切模量:局部平面 23 的弹性剪切模量(垂直于单元)是材料在达到比例限制之前平面 23 的剪切应力与剪切应变的斜率。这也称为“刚性模量”。此属性仅适用于壳单元。
允许的应力
如果已指定 Tsai-Wu 或最大应力破坏准则,则必须指定允许的应力。有关破坏准则和控制破坏的方程的选择,请参考壳单元和膜单元页面。
- 局部坐标轴 1 的压缩应力 (Xc):局部坐标轴 1 的允许压缩应力是不同破坏准则中用于复合单元分析的材料属性。请注意,必须输入正值。
- 局部坐标轴 1 的拉伸应力 (Xt):局部坐标轴 1 的允许拉伸应力是不同破坏准则中用于复合单元分析的材料属性。
- 局部坐标轴 2 的压缩应力 (Yc):局部坐标轴 2 的允许压缩应力是不同破坏准则中用于复合单元分析的材料属性。请注意,必须输入正值。
- 局部坐标轴 2 的拉伸应力 (Yt):局部坐标轴 2 的允许拉伸应力是不同破坏准则中用于复合单元分析的材料属性。
- 局部平面 12 的剪切应力 (S):局部 平面的允许剪切应力是不同破坏准则中用于复合单元分析的材料属性。
- 应力作用 F12 (Tsai-Wu):应力作用 F12 是仅用于 Tsai-Wu 破坏理论的破坏准则属性。它由双轴测试确定。如果未输入任何值,则系统将使用以下方程:
其中,F11 = 1/(Xt*Xc),F
22
= 1/(Yt*Yc)。为确保数值稳定,必须满足以下条件:
允许的应变
如果已指定最大应变破坏准则,则必须指定允许的应变。有关破坏准则和控制破坏的方程的选择,请参考壳单元和膜单元页面。
- 局部坐标轴 1 的压缩应变 1(T1c):局部坐标轴 1 的允许压缩应变是不同破坏准则中用于复合单元分析的材料属性。此属性适用于两种类型的复合单元。请注意,必须输入正值。
- 局部坐标轴 1 的拉伸应变 (T1t):局部坐标轴 1 的允许拉伸应变是不同破坏准则中用于复合单元分析的材料属性。此属性适用于两种类型的复合单元。
- 局部坐标轴 2 的压缩应变 (T2c):局部坐标轴 2 的允许压缩应变是不同破坏准则中用于复合单元分析的材料属性。此属性适用于两种类型的复合单元。请注意,必须输入正值。
- 局部坐标轴 2 的拉伸应变 (T2t):局部坐标轴 2 的允许拉伸应变是不同破坏准则中用于复合单元分析的材料属性。此属性适用于两种类型的复合单元。
- 局部平面 1-2 平面的剪切应变:局部 12 平面的允许剪切应变是不同破坏准则中用于复合单元分析的材料属性。此属性适用于两种类型的复合单元。
挠曲控制
默认情况下,弯曲属性是根据弹性属性计算出来的。若要使用特定的弯曲属性值,请激活“弯曲模量”复选框,然后输入以下属性。由于膜单元没有弯曲能力,因此弯曲输入仅适用于壳复合单元。
- 局部坐标轴 1 的弯曲模量:局部坐标轴 1 的弯曲模量是达到比例限制之前局部 1 方向上力矩-曲率曲线的斜率。
- 局部坐标轴 2 的弯曲模量:局部坐标轴 2 的弯曲模量是达到比例限制之前局部 2 方向上力矩-曲率曲线的斜率。
- 局部平面 12 的弯曲泊松比:弯曲泊松比是局部 1 方向上的曲率与局部 2 方向上的曲率之比。
- 局部平面 12 的扭转刚性:局部平面 12 的扭转刚性相当于剪切模量。如果未提供值,则使用弯曲模量和弯曲泊松比计算值。
温度相关复合材料
材料模型设置为“温度相关复合材料”时,材料属性将输入表中。(目前,仅共旋壳单元具有温度相关复合材料。)该表的每一行均列出了特定温度下的属性。根据需要使用“排序”按钮,按温度升序对表进行排序。
温度相关属性的输入与以上所述相同(膨胀系数除外),但使用不同的标签表示。以下是每列输入的含义。
温度相关输入 |
上述等效输入 |
索引 |
行编号。(由软件自动设置。) |
温度 |
与该行中输入的材料属性对应的温度。 |
E1 |
局部坐标轴 1 的弹性模量 |
E2 |
局部坐标轴 2 的弹性模量 |
v12 |
局部平面 12 (主)泊松比 |
G12 |
局部平面 12 的弹性剪切模量 |
G13 |
局部平面 13 的弹性剪切模量 |
G23 |
局部平面 23 的弹性剪切模量 |
Alpha1 |
局部坐标轴 1 的热膨胀系数是一种基于材料膨胀与收缩的属性。 |
Alpha2 |
局部坐标轴 2 的热膨胀系数是一种基于材料膨胀与收缩的属性。 |
XC |
局部坐标轴 1 的压缩应力 |
XT |
局部坐标轴 1 的拉伸应力 |
YC |
局部坐标轴 2 的压缩应力 |
YT |
局部坐标轴 2 的拉伸应力 |
S |
局部平面 12 的剪切应力 |
F12 |
应力作用 F12 (Tsai-Wu) |