有限元復合材料模型的建模流程是怎樣的？

　　復合材料大量應用于現代工業(yè)設計，其在汽車，航空工業(yè)的使用也對有限元模型提出新的要求。以汽車工業(yè)為例，玻璃絲增強塑料廣泛用于車殼制造，碳陶復合材料廣泛應用于剎車片制造。這兩種材料都屬于所謂的顆粒復合材料，微觀上是由在基材內混入顆粒，其宏觀材料模型的模擬方式基本可以沿用經典的方法。而另一種復合材料，層狀復合材料，由多層不同性質的材料疊加而成，在有限元模型上更復雜。這次就來說說在有限元建模上處理的流程。

　　層狀復合材料在建模上可以分為三種方式：基于區(qū)域的殼模型，基于層的殼模型，和基于層的實體模型。本質上所有模型都為了模擬類似下圖中的層狀材料。

　　在經典的區(qū)域殼模型中，一個殼結構被分為多個區(qū)域，每個區(qū)域代表一種層組合。同一層材料可以存在于多個區(qū)域，但是在不同區(qū)域的定義中，該層材料依然要被重復定義一次。這種建模方式描述的是復合材料模型最終的(在加載時）的狀態(tài)。所以這種模型的建模流程大致是。

　　１、生成殼單元。

　　２、指定單元材料坐標。

　?。?、指定模型中所有用到的各層材料的宏觀材料材料模型。常見的如平面應力各向同性材料，或者正交各向異性材料等。

　?。?、指定模型各區(qū)域的層疊模型。每個區(qū)域有獨一的層疊組合。同一層材料可能出現在不同區(qū)域。各區(qū)域的模型包括該區(qū)域層的組合，該區(qū)域的總厚度等。

　?。?、指定各單元所在的區(qū)域及對應的層疊模型。

　?。?、生成邊界條件。

　?。贰⒓虞d求解。

　　以上區(qū)域模型的優(yōu)點，是模型建成后一目了然：結構有不同材料的各部位由不同材料模型表示。缺點是建模任務隨著層的增多而快速增加。有時候僅僅為了加入一層不規(guī)則形狀的材料，工程師要在模型中加入多個模型以對應新一層產生的各種層疊組合。為了解決這種問題，后來有了基于層的殼模型。

　　區(qū)域模型描述模型的最終形態(tài)，而層模型描述的復合材料的生成過程。這和復合材料的生產過程是對應的。復合材料的生產，是通過各層材料的切割與層疊復合。而層模型的描述方式也是基于這個過程。其建模流程大致是。

　　１、生成殼單元。

　?。?、指定單元材料坐標。

　?。场⒅付Ｐ椭兴杏玫降母鲗硬牧系暮暧^材料材料模型。這前面三步和前一種方法是一樣的。

　　４、生成（切割）各層。各層材料的形狀對應的工業(yè)制造中該層材料的切割形狀。前處理軟件通過這些形狀在求解器來生成不同區(qū)域的材料屬性。所以在這一步建模過程中制定的參數基本上是工業(yè)制造流程中需要指定的參數：各層的形狀，各層厚度，各層的加強纖維方向等。

　?。?、把上一步生成的各層組合起來生成層疊模型。

　?。?、對每一種層疊組合生成對應的層疊材料。

　?。贰⒅贫ǜ鲉卧膶盈B材料。

　?。浮⑸蛇吔鐥l件。

　?。?、加載求解。

　　以上兩種都是殼模型。其區(qū)別僅在于建模過程，在求解器內部各單元對應的材料模型是一樣的。無論某區(qū)域的材料層疊情況如何，各區(qū)域總是由一層殼單元來描述。其在厚度方向的內力都是通過基于彌散模型而簡化的某種殼單元來計算。為了更精確描述復合材料在厚度方向的變形，有時候我們需要實體模型。這就是基于層的實體模型。其建模過程是。

　?。薄⑸蓪嶓w單元。每一層復合材料由一層實體單元描述。

　?。?、指定單元材料坐標。

　?。场⒅付Ｐ椭兴杏玫降母鲗硬牧系暮暧^材料材料模型。

　?。?、對每一種層定義對應的實體材料。

　　５、制定各單元的實體材料。

　?。丁⑸蛇吔鐥l件。

　?。?、加載求解。

　　這種實體描述更精細地對應復合材料的三維狀態(tài)。但由于各層材料普遍很薄，這種模型往往要使用大量的實體單元。所以僅適用于需要精細分析的復合結構節(jié)點等部位。