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1、5.2.2.1 定义各层材料的性质这种方法由下到上一层一层定义材料层的配置。底层为第一层，后续的层沿单元坐标系的 Z 轴正方向 自底向上叠加。如果叠层结构是对称的，可以只定义一半的材料层。有时，某个物理层可能只延伸到模型的一部分。为了建立连续的层，可以把这些中断的层的厚度设置 为零，图 5-1显示了一个四层模型，其中第二层在某处中断了。图 5-1 有中断层的层叠模型对于每一层材料，由单元实常数表R, RMORE, RMODIF(Maim MenuPrepr ocesso rRealConstants)定义如下性质：材料性质(通过材料参考号MAT来定义)；层的定向角(THETA)；层的厚度(TK
2、)。分层的截面可以通过截面工具来定义(PrepSectionsShell-Add/Edit)。对每一层，通过截面命 令或截面工具(SECTYPE,SECDATA)定义下面的属性：材料性质(通过材料参考号MAT来定义)层的定向角(THETA)层的厚度(TK)每层积分点的数目(NUMPT)材料性质-与其它单元一样用 MP 命令(Main Menu Pr eprocess or Mate rial Pr opsMate rial ModelsStructural ImplicitLinear ElasticIsotropic 或 Orthotropic)定义线性材料特性， 用 TB 命令定义非线性数
3、据表(塑性仅可以用于 SOLID191 和 SHELL91 单元)。唯一不同是，复合材料 单元的材料参考号由其实常数表来指定。对于层单元，MAT命令(MainMenuPreprocessor-Meshing-Attributes Default Attribs)属性仅用于 MP 命令的 DAMP 和 REFT参数。各层的线性材料特性可以是各向同性，也可以是正交异性，见ANSYS ElementsRefe rence。典型的纤维加强复合材料包括各向异性材料，且这些特性主要以主泊松比的形式提供(见 ANSYS Theory Reference2.1.1)。材料方向平行于层坐标系(由单元坐标系和层定
4、向角定义)。层的定向角-它定义层坐标系相对于单元坐标系的角度。它是这两个坐标系的 X 轴之间的夹角(单位 为度”)。缺省情况是层坐标系与单元坐标系平行。所有单元都有缺省的坐标系，可用ESYS命令(Main MenuPrep rocesso r Att ributesDefault Att ribs)来改变。用户还可用自己的子程序来定义单元和 层坐标系(USERAN 和 USANLY，见ANSYS Guide to User Programmable Features)。层的厚度-如果层的厚度是常数，用户只需定义节点I处的厚度TK(I)，否则四个角节点处的厚度都需 输入。中断的层必须为零厚度。每
5、层的积分点数目用于确定计算结果的详细程度。对于非常薄的层，当其和很多其它层一起使用时， 有一个积分点就足够了。但对于层数很少的片状结构，需要的积分点就应该比较多，缺省为 3。本特性仅 适用于通过截面命令定义的截面。注意-目前，GUI只允许层数(实常数)最大值为100。如果需要层数大于100,可以使用R和RMORE 命令来实现。5.2.4 应遵循的建模和后处理规则在复合材料单元的建模和后处理中，一些附加规则如下:1、复合材料会体现出几种类型的耦合效应，诸如弯扭耦合、拉弯耦合等。这是由具有不同性质的多 层材料互相重叠引起的。其结果是，如果材料层的积叠顺序是非对称的，则即使模型的几何形状和载荷都 是
6、对称的，也不能按照对称条件只求解一部分模型，因为结构的位移和应力可能不对称。2、在模型自由边界上的层间剪切应力通常都是很重要的。要求得在这些部位相对精确的层间剪切应 力，则模型边界上的单元尺寸应约等于总的叠层厚度。对于壳来说，增加实际材料层数并不一定提高层间 剪切应力的求解精度。但是，如果用 SOLID46、SOLID95、SOLID191 单元，则沿厚度方向上的叠加 单元会使得沿厚度方向上层间应力的求解更为精确。壳单元的层间横向剪应力的计算基于单元上下表面不 承受应力的假设。这些层间剪应力只在单元的中心处计算，而不是沿着单元边界。建议使用壳-实体子模型 精确计算自由边的层间应力。3、因为复合
7、材料的求解需要大量的输入数据，故在进行求解之前应对这些数据作检验，可用如下命 令来完成这些工作：ELIST命令(Utility MenuListElements)：列表显示所有被选单元的节点和属性。EPLOT命令(Utility MenuPlotElements)：图形显示所有被选单元。在该命令之前使用 /ESHAPE,1命令(Utility MenuPlotCt rls StyleSize and Shape)将使壳单元以实体单元的形式 显示，显示出的厚度为从实常数中得到的厚度(图 5-5)。它也使 SOLID46 单元以层的形式显示出来。图 5-5 /ESHAPE 打开时 SHELL99
8、单元显示/PSYMB丄AYR,n 命令(Utility MenuPlotCrlsSymbols):在执行 EPLOT 命令之前执行该命 令，可图形显示所选全部单元的第 n 层。它可用以显示并检验整个模型的每一层。/PSYMB,ESYS,1命令：在EPLOT命令之前执行该命令，可显示出那些缺省单元坐标系被改变了 的单元坐标系。LAYLIST 命令(Utility MenuListElementsLayered Elements):可根据实常数列表显示层的叠加顺序和 SHELL99、SHELL91、SOLID46、SOLID191 单元的任意两种材料的性能。还可以指定 要显示层的范围。LIST L
9、AYERS 1 TO 4 IN REAL SET 1 FOR ELEMENT TYPE 1TOTAL LAYERS = 4 LSYM = 1 LP1 = 0 LP2 = 0 EFS = .000E+00NO. ANGLE THICKNESS MAT1 45.0 0.250 12 -45.0 0.250 23 -45.0 0.250 24 45.0 0.250 1SUM OF THK 1.00LAYPLOT命令（Utility MenuPlotLayered Elements）:以卡片的形式图形显示层的积叠顺序（图 5-6）。为清楚起见，各层以不同的颜色和截面线显示，截面线的方向表示了层的方向角
10、（实常数THETA），颜色表示了层的材料号（实常数MAT）。还可以指定要显示层的范围。图 5-6 LAYPLOT 显示的45/-45/-45/45顺序SECPLOT命令（Prep.SectionsShell-Plot Sections）：以卡片的形式图形显示截面的积叠顺 序（图5-6）。为清楚起见，各截面以不同的颜色和截面线显示，截面线的方向表示了层的方向角（THETA）, 颜色表示了层的材料号（MAT）。还可以指定要显示层的范围。4、缺省情况下，只有第一层（底层）的底面、最后一层（顶层）的顶面以及最大失效值所在层的结果数据被写入结果文件，如果用户对所有层的结果数据都感兴趣，则应设置KEYOP
11、T（8） = 1,但这样可能导致 结果文件很大。5、通过ESEL,S丄AYER命令选择特定层号的单元。如果某单元指定层为零厚度，则不被选中。6、在后处理 P0ST1 中使用 LAYER 命令(Main MenuGeneral Postproc Options for Outp)，或在 POST26 中使用 LAYERP26 命令(Main Menu Timellist Postpro Define Variables),来指定要处理哪一层的结果。用 SHELL 命令(Main MenuTimellist PostproDefine Variables)来定义到底是使用该层的顶面、中面或底面的结
12、果。在POST1中缺省存贮的是底层底面的结 果、顶层顶面的结果和最大失效准则值所在层的结果。在 POST26 中缺省存贮的是第一层的结果。如果 单元KEYOPT(8) = 1 (即保存所有层的结果)，则LAYER和LAYERP26命令将存贮指定层的顶面(TOP) 和底面(BOT)的结果，而中面(MID)的结果则由其顶面和底面的结果取平均值得到。对于横向剪切应力， POST1 中只能以线性变化的形式显示，而在单元解打印输出数据中的形式则可以是二次变化的。7、缺省时，POST1将在总体笛卡尔坐标系中显示所有结果。使用RSYS命令(Main MenuGeneral PostprocOptions f
13、or Outp)可将结果转换到别的坐标系中。对于层单元，如果执行了 LAYER命令， 且命令中指定的层号非零叮RSYS,SOLU命令可使结果在层坐标系中显示5.3复合材料分析实例(GUI方法)5.3.1 问题描述如图5-7所示，有一长3米的工字梁，高度为0.3m,上下翼缘的宽度为0.2m。材料为T300/5208, 是20层对称分布叠层板，每层的厚度为0.001m，各层的方向角分别为0、45、90、-45、0、0、45、 90、-45 和 0 度，材料特性为：E =181Gpa，E =E =10.3Gpa，G =7.17Gpa，G =3.78Gpa，x y z xy yzu =0.016o 沿
14、轴强度：o =1500Mpa，o =1500Mpa，o =40Mpa，o =246Mpa，o =40Mpa，12 x+ x- y+ y- x+o =246Mpa,T =68Mpa (+表示受拉，-表示受压)。工字梁一端固定，另一端受集中力分别为：100N、 x- xy5.3.2 GUI 方式（一） 定义单元类型、实常数和材料特性1. 选取菜单元途径 MainP reprocess or Element typeAdd/edit/delete,弹出 Element Types窗口。2. 单击 Add,弹出 Library of Element Types 窗口，左边选择窗口选择 Structur
15、al Shell,右边 选择窗口选择中选择Linear Layer99,单击OK。3. 单击 Element Types 窗口中 Options,弹出 SHELL99 ElementType Options 窗口，将 K8 设 置为 ALL Layer,单击 OK。单击 Element Types 窗口中 Close。4. 选取菜单途径 Main menuPreprocessorElement TypeReal Constants，弹出 Real Constants 窗口。单击 OK,弹出 Element type for Real Constants 窗口。单击 OK,弹出 Real Constants Set Number1,for SHELL99 窗口，依次输入 NL=20、LSYM = 1、LP1 = 1 和 LP2=20。5. 单击 OK,弹出 Real Constants Set Number 1, for SHELL99 附加信息窗口，所有 MAT 输入1,所有 TK 输入 0.001, THETA 依次输入 0、45、90、-45、0、0、45、90、-45 和 0。单击 OK。 再单击 Real Constants 窗口中的 Close。6. 选取菜单途径 Main menu PreprocessorMa
