【Radioss技巧】複合材料使用的單元屬性－Altair Taiwan Blog

今天我們不多寒暄啦，

直接給技巧！

本講為大家介紹

材料模型之複合材料~

複合材料在Radioss中可以用實體單元和殼體單元類比，相應的單元屬性有：

殼體單元屬性：

/PROP/TYPE9,10,11,16,17,19,51和/PROP/PCOMPP

實體單元屬性：

/PROP/TYPE6，14，20，21，22

而根據複合材料的的類比又可以分為基於Layer和基於Ply的：

基於Layer 類比的單元屬性：

/PROP/TYPE10(SH_COMP), /PROP/TYPE11(SH_SANDW)

基於Ply 類比的單元屬性：

/PROP/TYPE17(STACK), /PROP/TYPE51, /PROP/PCOMPP+/STACK, /PROP/TYPE19(PLY) 以及 /PLY

Layer是複合材料鋪層中的最小單元，Ply是可以多個複合材料組合鋪層。

殼體單元

Radioss

以殼單元為例，通常對於複合材料的單元屬性中有以下幾個方面是比較經常用到的：

複合材料層數，每層的積分點
複合材料各向異性在層中的定義
複合材料層厚度和每個層的位置定義
複合材料在每個層中的應用

下面是對於上面的幾點在Radioss的複合材料單元屬性中的匯總:

殼體單元是比較常用的。在殼體單元中我們來討論一下下面幾個概念：

▇ 1. 層厚度與層定位（N, Thick, 和 ti ）

在殼體單元屬性中經常會要求使用者輸入N, Thick, 和 ti。

N 在 /PROP/TYPE9 中是表示殼厚度方向上的積分點數，而在其餘用於複合材料的殼單元屬性中則表示複合材料的層數。

Thick 是指殼單元的厚度。那麼對於以上複合材料單元屬性來說每一層的厚度則是等分的（當然除了/PROP/TYPE9）。

在/PROP/TYPE11, /PROP/TYPE16, /PROP/TYPE17, /PROP/TYPE19, /PROP/TYPE51 以及 /PROP/PCOMPP 中也可以定義不同的層厚度。

所以會需要使用者定義參數ti. 在這種情況下各層的總厚度建議和Thick定義的值相同，以保持一貫性。

即

如果不同那麼Radioss會進行內部調整，如何調整詳情可參見Radioss使用手冊FAQs。

▇ 2. 參考向量V和角度Φ

在複合材料的單元屬性中參考向量V和角度Φ都是用於定義材料方向（加勁纖維的方向）。

參考向量V可以用卡片中的參數VX, VY, 和 VZ 來定義，也可以在單元屬性 /PROP/TYPE11, TYPE16 , TYPE17 , TYPE19 ,TYPE51 和 /PROP/PCOMPP （/STACK）中用 /SKEW 來定義。

如果有使用skew那麼 VX, VY, 和 VZ 輸入將被忽略。在skew中X方向就是參考向量V的方向。

有了參考向量V和角度Φ，那麼複合材料的材料方向1（加勁纖維的方向）如下圖定義。

即參考向量V首先映射到單元平面上，然後再逆時針轉過角度Φ就是材料方向1。

這是複合材料的材料模型中定義的1方向上的楊氏模量（E11），

等等都可以正確的應用到

複合材料的實際幾何平面上。那麼材料方向2通常就是與材料方向1相垂直的方向。當然如果材料方向1，2並非正交那麼可以通過參數 αi 來定義（比如/PROP/TYPE16，19）。

▇ 例子

例1：

比如Radioss使用手冊上 /PROP/TYPE9 的使用座標輸入定義參考向量V的例子：

這裡設置N=3：單元厚度方向有3個積分點；Thick=1.8：殼厚度1.8mm。

參考向量V(1,0,1): 表示在全域坐標系統（X，Y，Z）上原點O到（1，0，1）的向量就是定義的參考向量。

Phi=45：表示參考向量V的映射向量V’再逆時針轉過45度就是材料方向1 （m1）

例2：

比如Radioss使用手冊上 /PROP/TYPE11 的使用SKEW定義參考向量V的例子：

這裡設置N=3：表示有3層的複合材料，這樣在單元屬性卡片的最下面會有3行定義每一層材料方向、厚度、層定位和層材料；

Thick=1.6：展示層的總厚度為1.6mm；

Skew_ID=1: 一旦在Skew_ID中定義了skew，那麼無論在Vx，Vy，Vz中定義什麼都會被忽略。關於如何定義skew可以參見Radioss使用手冊。

Skew中的x軸的方向就是參考向量V的方向，然後再映射到殼單元上得到V’。由每層定義的轉角Phi（Φ）分別逆時針轉動後得到每層的材料方向1（m1）。在卡片上首先定義的是Layer 1，然後是Layer 2，最後是Layer 3。在單元上沿著單元局部坐標系的z方向，Layer 1首先佈置月單元底部然後沿著z得正方向依次佈置Layer 2和Layer 3。

▇ 3. 複合材料層疊加的方式（PLY或STACK）

在/PROP/TYPE11, /PROP/TYPE16, /PROP/TYPE17, /PROP/TYPE19,/PROP/TYPE51 以及 /PROP/PCOMPP(/STACK) 中可以定義多個層。層疊加的次序可以在這些複合材料單元屬性中：

比如在/PROP/TYPE10中沿著Ｚ正方向用不同的 Φi 角度依次疊加。

比如 /PROP/TYPE11 中沿Z的正方向，可以依次定義層的厚度，使用的材料。

當 Ipos=0 時 Radioss 通過層數和層厚自動計算出每一層的位置；

當 Ipos=1 時則必須用戶定義好每一層的位置。而在 /PROP/TYPE11 中還可以在每一層中定義該層非正交的材料方向。比如其中有一層材料的材料方向1和2之間夾角為60度那麼就設 αi=60。

比如在/PROP/TYPE17，51 和 /PROP/PCOMPP（/STACK）中有兩種方式疊層。

一種基於ply的類比，所有ply的資訊（如材料，厚度，材料各向異性的角度以及單元的積分點）都是定義在/PROP/TYPE19 (或 /PLY)中的.然後在/PROP/TYPE17 或者 /PROP/TYPE51 (或者/STACK) 中通過參數Pply_IDi 將不同的層組合裝配起來形成一個總的複合材料鋪層，這樣定義的複雜的複合材料的鋪層有更方便。