复合材料定义

材料模型 – 复合材料
Lucy 2017-5-10 Shanghai
复合材料在RADIOSS 中可以用实体单元和壳体单元模拟，相应的单元属性有：
壳体单元属性：/PROP/TYPE9,10,11,16,17,19,51和/PROP/PCOMPP
实体单元属性：/PROP/TYPE6，14，20，21，22
壳体单元
壳体单元是比较常用的。

在壳体单元中我们来讨论一下下面几个概念。

1）层厚度与层定位（N , Thick , 和 t i ）
在壳体单元属性中经常会要求用户输入N , Thick , 和 t i 。

N 在/PROP/TYPE9中是表示壳厚度方向上的积分点数，而在其余用于复合材料的壳单元属性中则表示复合材料的层数。

Thick 是指壳单元的厚度。

那么对于以上复合材料单元属性来说每一层的厚度则是/Thick N 等分的（当然除了/PROP/TYPE9）。

在/PROP/TYPE11, /PROP/TYPE16, /PROP/TYPE17, /PROP/TYPE19,/PROP/TYPE51 以及/PROP/PCOMPP 中也可以定义不同的层厚度。

所以会需要用户定义参数t i . 在这种情况下各层的总厚度建议和Thick 定义的值相同，以保持一贯性。

即i t N Thick ⋅=。

如果不同那么RADIOSS 会进行内部调整，如何调整详情可参见RADIOSS 使用手册FAQs 。

2) 参考矢量V 和角度φ
在复合材料的单元属性中参考矢量V 和角度φ都是用于定义材料方向（加劲纤维的方向）。

参考矢量V 可以用卡片中的参数V X , V Y , 和 V Z 来定义，也可以在单元属性/PROP/TYPE11, TYPE16, TYPE17, TYPE19 ,TYPE51和/PROP/PCOMPP （/STACK ）中用/SKEW 来定义。

如果有使用skew 那么 V X , V Y , V Z 输入将被忽略。

在skew 中X 方向就是参考矢量V 的方向。

有了参考矢量V 和角度φ，那么复合材料的材料方向1（加劲纤维的方向）如下图定义。

即参考矢量V 首先映射到单元平面上，然后再逆时针转过角度φ就是材料方向1。

这是复合材料的材料模型中定义的1方向上的杨氏模量（E11），屈服应力（11,c t
y y σσ）等等都可以正确的应用到复合材料的实际几何平面上。

那么材料方向2通常就是与材料方向1相垂直的方向。

当然如果材料方向1，2并非正交那么可以通过参数i α来定义（比如/PROP/TYPE16，19）。

比如RADIOSS使用手册上/PROP/TYPE9的使用坐标输入定义参考矢量V的例子：
这里设置N=3：单元厚度方向有3个积分点；Thick=1.8：壳厚度1.8mm
参考矢量V(1,0,1): 表示在全局坐标系统（X，Y，Z）上原点O到（1，0，1）的矢量就是定义的参考矢量。

Phi=45：表示参考矢量V的映射矢量V’再逆时针转过45度就是材料方向1 （m1）
比如RADIOSS使用手册上/PROP/TYPE11的使用SKEW定义参考矢量V的例子：
这里设置N=3：表示有3层的复合材料，这样在单元属性卡片的最下面会有3行定义每一层材料方向，厚度，层定位和层材料；Thick=1.6：表示层的总厚度为1.6mm
Skew_ID=1: 一旦在Skew_ID中定义了skew，那么无论在Vx，Vy，Vz中定义什么都会被忽略。

关于如何定义skew可以参见RADIOSS使用手册。

Skew中的x轴的方向就是参考矢量V
的方向，然后再映射到壳单元上得到V’。

由每层定义的转角Phi（ ）分别逆时针转动后得到每
层的材料方向1（m1）。

在卡片上首先定义的是Layer 1，然后是Layer 2，最后是Layer 3。

在单元上沿着单元局部坐标系的z方向，Layer 1首先布置月单元底部然后沿着z得正方向依次布置Layer 2和Layer 3。

3）复合材料层叠加的方式（PLY或STACK）
在/PROP/TYPE11, /PROP/TYPE16, /PROP/TYPE17, /PROP/TYPE19,/PROP/TYPE51 以及/PROP/PCOMPP(/STACK) 中可以定义多个层。

层叠加的次序可以在这些复合材料单元属性
中
φ角度依次叠加
比如在/PROP/TYPE10中沿着Ｚ正方向用不同的
i
比如/PROP/TYPE11中沿Z的正方向，可以依次定义层的厚度，使用的材料。

当Ipos=0时
Z，当Ipos=1时则必须用户定义好每一RADIOSS通过层数和层厚自动计算出每一层的位置
i
层的位置。

而在/PROP/TYPE11中还可以在每一层中定义该层非正交的材料方向。

比如其中有
α=。

一层材料的材料方向1和2之间夹角为60度那么就设60
i
比如在/PROP/TYPE17，51和/PROP/PCOMPP（/STACK）中有两种方式叠层。

一种是单独的一层一层叠加。

每一层是用/PROP/TYPE19来定义复合材料的层厚，材料方向，每一层的积分点数，非正交的材料方向1，2的夹角等。

还有一种是首先几个层叠加在一起后成为叠层组（stack），叠层组中的每一个层同上面一样由/PROP/TYPE19定义，然后叠层组之间再次叠加，叠层组之间的叠加连接可以在INT参数行中定义。

在/PROP/TYPE17中叠层组中每层之间可以通过在卡片中设置Plyxfem=2来实现Ladeveze层间剥离的破坏。

此时可以在Minterply参数中设置叠层组中每一个层之间的粘结材料（目前可以使用LAW1的弹性材料作为层间连接材料）
实体单元
随着复合材料技术的发展，复合材料可以变得更厚，那么此时用壳体单元模拟就不合适了，我们可以用实体单元来模拟这样的复合材料。

在实体单元中最为常用的是下面的厚壳单元：• /PROP/TYPE21 (TSH_ORTH)
• /PROP/TYPE22 (TSH_COMP)
1）层厚度与层定位
层厚就是厚壳的实际单元厚度。

/PROP/TYPE21仅可以定义单层的复合材料。

/PROP/TYPE21可以定义多层的复合材料，与壳单元中的/PROP/TYPE11类似可以定义每层的层厚，材料，层定位，层的材料方向定位。

2）参考矢量V和角度ψ
材料方向也是类似于壳单元属性（如/PROP/TYPE11）由参考矢量V和角度ψ的定义, 首先参考矢量V映射在厚壳或实体单元的中性面上然后再逆时针转过角度ψ就是材料方向1。