【Radioss每周干货】复合材料使用的单元属性

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本文摘要（由AI生成）：

本文主要介绍了复合材料在Radioss中的模拟方法，包括基于Layer和基于Ply的模拟。其中，壳体单元和实体单元都可以用于模拟复合材料，但壳体单元更为常用。在复合材料的单元属性中，有几个方面是需要经常用到的，包括复合材料层数、每层的积分点、复合材料各向异性在层中的定义、复合材料层厚度和每个层的位置定义、复合材料在每个层中的应用等。在壳体单元属性中，层厚度与层定位、参考矢量V和角度Φ、复合材料层叠加的方式等也是需要关注的内容。在实体单元中，层厚度与层定位、参考矢量V和角度Ψ等也是需要关注的内容。

今天我们不多寒暄啦，

直接上干货！

本讲为大家介绍

材料模型之复合材料~

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

而根据复合材料的的模拟又可以分为基于Layer和基于Ply的：

基于Layer 模拟的单元属性：

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

基于Ply 模拟的单元属性：

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

Layer是复合材料铺层中的最小单元，Ply是可以多个复合材料组合铺层。

壳体单元
Radioss

以壳单元为例，通常对于复合材料的单元属性中有以下几个方面是比较经常用到的：

复合材料层数，每层的积分点
复合材料各向异性在层中的定义
复合材料层厚度和每个层的位置定义
复合材料在每个层中的应用

下面是对于上面的几点在Radioss的复合材料单元属性中的汇总:

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 ti ）**

在壳体单元属性中经常会要求用户输入N, Thick, 和 ti。

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ti. 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

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VX, VY, 和 VZ 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 VX, VY, 和 VZ 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），

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 αi 来定义（比如/PROP/TYPE16，19）。

▇ 例子

例1：

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）

例2：

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（Φ）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：

比如在/PROP/TYPE10中沿着Ｚ正方向用不同的 Φi 角度依次叠加。

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 Radioss 通过层数和层厚自动计算出每一层的位置；

当 Ipos=1 时则必须用户定义好每一层的位置。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。比如其中有一层材料的材料方向1和2之间夹角为60度那么就设 αi=60。

比如在/PROP/TYPE17，51 和 /PROP/PCOMPP（/STACK）中有两种方式叠层。

一种基于ply的模拟，所有ply的信息（如材料，厚度，材料各向异性的角度以及单元的积分点）都是定义在/PROP/TYPE19 (或 /PLY)中的.然后在/PROP/TYPE17 或者 /PROP/TYPE51 (或者/STACK) 中通过参数Pply_IDi 将不同的层组合装配起来形成一个总的复合材料铺层，这样定义的复杂的复合材料的铺层有更方便。