利用複合材料結構建模，改進產品設計

複合材料是由兩種或兩種以上綜合成分組成以增強結構性能的非均質材料。與傳統材料相比，複合材料具有重量輕、強度高等特點，在眾多領域具有廣泛的潛在應用。工業界目前正在進行大量的研發工作，希望將感測、驅動、計算和通信等功能嵌入複合材料，以製造出智能型複合材料。只有全面了解這種材料的性能，才能設計出最準確可靠的複合材料結構。

用於分析層狀複合材料的專業軟體

“複合材料模擬模組”是結構力學模擬模組的附加模組，提供了專門用於分析多層複合結構的建模工具和功能。常見的層狀複合材料包括纖維增強塑料、層合板和夾層板等，這些複合材料廣泛應用於製造飛機零件、航空器部件、風力發電機葉片、汽車零部件、建築物、船體、自行車以及安全設備。“複合材料模組”基於專業的多層材料技術，提供了分層理論和等效單層理論這兩種方法來準確模擬複合材料。

此外，您還可以將“複合材料模擬模組”與COMSOL ^®產品庫中的其他模組結合使用，以擴展對複合材料結構的多物理場分析，可包含熱傳、電磁學和流體流動效應——實現在同一個模擬環境中執行所有模擬分析。

複合材料模擬模組支援的建模功能

“結構力學模擬模組”提供多個預定義的物理場介面，其中包含許多專用設置，方便用戶更輕鬆地設置和運行各種分析。“複合材料模組”包含用於複合材料積層板模擬的附加介面和材料模型，供用戶根據層理論和分析類型選用。

除了常規的結構分析外（例如穩態分析、特徵頻率分析、瞬態分析、線性屈曲分析等），軟體還支援執行首層失效分析和多尺度建模。由於複合材料積層板是工程材料，具有多種不同的失效模式，因此在工程上，需要對複合材料積層板執行各種失效分析。

除此之外，結合優化模擬模組還可以優化複合材料的幾何尺寸、複合材料鋪層、層片厚度、纖維方向和材料屬性等。

請閱讀下文，詳細了解“複合材料模擬模組”的相關功能。

與“結構力學模擬模組”的其他附加模組結合使用

利用多物理場耦合，擴展複合材料分析

在通常情況下，在設計複合材料積層板時工程上主要考慮的是結構分析。然而，在一些特殊情況下，還必須考慮其他物理效應的影響。在積層板結構與其他物理過程發生相互作用時有兩種完全不同的方式：發生在積層板層內的相互作用以及積層板作為邊界時發生的相互作用。

與電磁-熱效應耦合

熱和電效應通常是發生在積層板內非常顯著一種物理效應，在積層板設計過程中，精確的分析此耦合效應非常重要。借助層材料連結技術，用戶不僅可以在同一多層材料中使用不同的物理場介面，還能同時求解所有物理現象，以及不同物理場之間的耦合作用。從結構設計的角度來看，兩種積層板理論都可以與複合材料積層板的熱電耦合模擬相結合，分析如複合材料積層板的焦耳熱和熱膨脹等問題。

使用多物理場耦合功能來分析電磁-熱效應時，需要用到熱傳模組和AC/DC模組。

與流體、聲學分析耦合

在其他一些物理過程中，積層板常常用作域邊界，而域內往往發生一些重要的物理過程，如流體流動等。這種情況下，用戶可以通過殼介面中基於等效單層理論的線性彈性材料，通過流-固耦合多物理場耦合節點將複合材料積層板與周圍流體進行耦合。與CFD模組相結合，可以利用此功能分析層流和湍流。

同樣，您也可以將此模組與聲學模組相結合，通過聲-結構邊界多物理場耦合節點將複合材料積層板與周圍聲學域進行耦合，實現振動聲學問題建模。

積層板定義和可視化專用工具

複合材料積層板由多個層組成，並且各單層的材料、纖維方向、厚度等屬性各不相同。“複合材料模組”提供一組專用的工具，不僅可以直觀地顯示積層板，還能方便地提供相關信息。此外，由於複合材料積層板本質上具有異向性，並且在全厚度方向通常是非均質的，因此僅在參考表面計算結果往往是不夠的。您需要計算每一層以及全厚度方向的結果。

多層材料特徵

層材料節點可用於定義積層板，其中每一層都具有自己的材料數據、厚度和主方向。

以這種方式定義的多層材料可以通過層材料堆疊節點進行組合，用於創建更複雜的多層材料，當積層板重複或是對削層建模時，這種做法非常方便。此外，您還可以為層間界面定義材料屬性。

層預覽圖

該模組提供兩種預覽圖用於將複合材料積層板的輸入數據可視化：層堆疊預覽和層截面預覽。

層堆疊預覽圖描繪層數以及每層中的主材料方向。層截面預覽圖顯示每層的厚度以及參考平面的位置。

多層材料連接

當以並行結構連接兩個不同的積層板或者模擬削層情況時，可以將多層殼介面中的層材料堆疊節點與連續性節點結合使用。

兩個積層板的連接區域可以通過不同的選項來控制。您可以使用連續性節點中的層截面預覽繪圖將這兩個積層板的連接層可視化。

多層材料數據集

即使將複合材料積層板作為表面（二維）幾何元素建模，您也可以使用多層材料數據集在有限厚度的幾何結構上將結果可視化。

此外，您還可以沿厚度方向縮放幾何結構，以薄積層板的形式獲取更佳的顯示效果。

利用此數據集，您可以將結果繪製成三維幾何結構中的表面或切面。

多層材料切面圖

多層材料切面繪圖能為您在複合材料積層板中創建切面提供更大的自由度，該繪圖適用於以下情況：

·        創建僅穿過一個或幾個選定層的切面

·        創建穿過一些或所有層的切面，但這些層不一定置於全厚度方向

·        詳細檢查特定層，並在該層內非中面的特定位置創建切面

全厚度圖

您可以利用全厚度圖將邊界上特定位置的任意物理量在積層板厚度方向的變化情況進行可視化。您可以在該邊界上選擇一個或多個幾何點，也可以創建截點數據集，還可以直接指定點坐標。與其他曲線圖不同的是，該繪圖的結果物理量繪製在x軸上，而厚度坐標繪製在y軸上。

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