Abaqus案例分享(6)-各向异性复合材料层合板分析

如图所示，此结构为一两层复合材料正交异性方形薄板，各层铺设方向相对于板边分别为     45°。平板上表面承受均匀压力载荷，目标是计算平板中心位置的法向位移。本文通过该案例详细介绍了在 Abaqus 中模拟复合材料层合板的方法。

1. 几何模型

方形平板的边长为 254mm，厚度为 5.08mm，属于薄板结构。使用复合材料壳单元对该薄板结构进行建模。

2. 材料参数

采用 Lamina 线性弹性材料模型，该模型适用于模拟平面应力条件下复合材料薄板的行为。

通过层合铺层工具定义复合材料模型，各铺层参数如下：每层的材料相同，厚度均为 2.54mm。ply-1层与板边成 -45°，ply-2层与板边成 +45°。

3. 分析步

采用通用静态分析，不考虑几何非线性。

4. 边界条件

边界条件要求横向和垂直于壳体边缘的位移是固定的，但允许平行于边缘的运动。

5. 载荷

该平板受到 0.6894 MPa 的均匀压力载荷。

6. 网格

在壳的每条边上划分 16 个单元，使用 S4R 四边形缩减积分单元模拟。S4R 是一种高效、通用的壳单元，在工程有限元分析中应用广泛，可以模拟用于薄壳和厚壳分析。

7. 结果

Ply-1 层为 -45° 铺设角层，Ply-2 层为 +45° 铺设角层。各铺层的 S11 应力结果显示，不同铺层的 S11 应力分布随铺设角度存在显著差异。

法向位移结果显示，平板中心位置的法向位移达到最大值，最大值为 28.44 mm。

8. 总结

1）S4R 单元适用于模拟复合材料薄板的弯曲变形，计算高效且准确； 

2）复合材料的铺层方式对计算结果有显著影响，应特别注意合理定义铺层参数。