COMSOL——复合材料建模
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复合材料
复合材料是由两种或两种以上成分集成在一起形成的异质材料，以实现增强的结构性能。复合材料与传统材料相比，由于强度的提高和重量的减轻，其应用范围横跨各个领域。
相关
纤维增强塑料
钢筋混凝土梁
复合木或胶合板
陶瓷基复合材料
金属基复合材料
复合材料的分类
基体和强化
根据基体材料类型分类：
聚合物基复合材料(PMC)
金属基复合材料(MMC)
陶瓷基复合材料(CMC)
碳-石墨基复合材料(CGMC)
根据加固形状分类：
连续纤维
随机短纤维
片
晶
微粒
复合材料的好处
高强度重量比
抗疲劳、耐腐蚀性能高
改善摩擦磨损性能
导热系数低，热膨胀系数低
可根据设计要求定制材料性能
层压板类型
堆叠顺序
- 角铺设层压
如果层压板具有相同厚度和材料的层，并且定向于θ和−θ，则称为角层层压板
- 正交铺设层压
如果用于制作层压板的所有层的方向为0°和90°，则层压板称为交叉层压板。
- 平衡层压板
当层压板有几对相同厚度和材料的层，层间的夹角有相反的符号时，称为平衡层压板。平衡层压板也可以有0°和90°的层。
- 对称的层压板
当材料、角度和层的厚度在背板上下相同时，层压板被称为对称
- 反对称层压板
当层的材料和厚度在背板上下相同，但层的方向在背板上下有相反的符号时，层被称为反对称。
定义
为了将图层定义附加到几何表面，需要定义以下属性:
叠层坐标系:这是复合材料层压板的整体方向，叠加顺序解释如图3-3所示。
参考面位置:参考面或几何面相对于层压板背板的位置，如图3-4所示。
等效单层理论
复合材料层压板是由不同材料和/或具有不同纤维取向的层堆叠而成。一般来说，它们的平面尺寸比厚度大两个数量级。层压结构通常用于要求高膜强度和弯曲强度的应用。因此，在许多情况下，复合材料层合板可以使用基于等效单层理论的壳单元来建模
定义每层材料
某一层材料所需的材料属性取决于层状壳层线弹性材料节点中选择的实体模型或壳层界面中选择的层状线弹性材料节点：
- 对于各向同性模型(具有杨氏模量和泊松比选项)，需要杨氏模量和泊松比的标量值。
- 对于正交各向异性模型，需要沿主要材料方向的杨氏模量、剪切模量和泊松比。
- 对于各向异性模型，需要沿主要材料方向的全均匀弹性矩阵
失效分析
屈曲
复合材料层合板的屈曲是一种常见现象，也是一项重要的设计准则。复合材料层合板的抗压和抗扭屈曲性能是设计复合材料层合板的关键。
分层建模
复合材料层压板由许多层胶合在一起组成。在不同的加载条件下，特别是冲击加载下，两层之间的粘结会在特定的区域断裂。为了准确预测损伤复合材料层合板的响应，分层区域的建模变得至关重要
3D打印
展现目前3D打印纤维增强复合材料的成型方法种类、所能达到的力学性能水平和力学性能的影响因素，为实现3D打印纤维增强复合材料的力学高性能化提供参考
相关性
复合材料的力学性能与纤维取向、打印参数、纤维与基体之间和相邻沉积线材之间的界面性能有关
打印技术
缺陷
较低的成形压力和较短的施压时间会导致纤维增强复合材料中的气体难以排除，产生的孔隙缺陷会降低复合材料的力学性能
发现纤维沿打印方向取向，当外加剪切载荷平行于纤维方向时，剪切强度随着纤维含量的增加出现先增加后减少的情况
结论
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