UGNX8.5有限元分析入门与实例精讲：层合板复合材料概述

复合材料指的是由多种材料按比例混合构成的工程材料。经典的层合板理论认为复合材料是由层片层或铺层按照特定规则叠加而成的，每个铺层都具有各自的属性。层合板由这些单个铺层叠加在一起，各铺层材料都有多方位的主材料方向，薄板通过一层薄薄的粘结材料（可视为零厚度）粘在一起。

如图14-1所示，每个层片或铺层都可视为一组单向纤维。利用纤维可按特定方向定向的功能，可改变复合材料的机械属性使之与加载环境相适应。铺层的主材料方向是平行的，并且它们与纤维方向垂直。主材料方向就是：“纵向”或“方向1”，对应于纤维方向；“横向”或“方向2”，对应于与纤维方向垂直的方向。在定义层合板属性前需要定义材料所使用的坐标系，图14-2显示了具有3个层片的层合板的层合板坐标系，以及顶部层片的层片坐标系X和Y轴与材料方向坐标系相对应，也称为层合板坐标系，Z轴垂直于该层合板，1和2轴与层片坐标系相对应。

图14-1 主层板排列成层压板

图14-3显示了3个交叉层片层合板的分解图。这三种配置的n-层合板（n=1、2、3、4）都与所示坐标系的Z轴垂直，并且各铺层所附带的1轴和2轴指示了主材料轴的方向。各铺层的主材料轴的方向按是否使用词cross-ply（交叉层片）描述配置来进行变换。坐标轴XY平面定义在薄板的几何中间平面。层片通常都是按矩阵将纤维粘合而成的。如果层片为条状，则所有的纤维都按相同的方向定向。布质层片的纤维是双向编制而成的。很多不同的材料都可用作纤维或矩阵，常用的纤维有石墨、玻璃、硼、金刚砂和钨。矩阵的示例包括环氧化物和铝。

图14-2 层合板坐标系示意图(www.xing528.com)

图14-3 层合板各交叉层示意图

层片材料是层合板特定的对象，它为层片指派材料的属性，可以创建组合纤维和基于NX材料属性的纤维强化层片材料。层片使用指定的纤维强化类型来计算其等效的刚度和强度属性，核心层片材料可对夹层的横向剪切核心失效进行建模，NX使用核心层片材料中的值计算核心层片的核心剪切失效指数、核心强度比率和核心安全裕度得到的核心结果将替换层合板结果（高级后处理报告中的平面内层片结果），其中，失效指标是13方向和23方向的输出。核心层片材料与标准NX材料不同我们通常使用NX材料创建层片材料，并可在层合板建模器、铺层建模器和层合板层片材料管理器中管理层片材料。

层合板层片可以引用各向同性和正交各向异性的NX材料，以及使用层片材料对象创建的纤维强化的和核心层片材料。

有关复合材料力学理论和分析方法请参考有关专业书籍，本书编写宗旨在于提高软件运用水平和操作能力，理论方面的内容不再赘述。