参考链接：https://cn.comsol.com/model/micromechanics-and-stress-analysis-of-a-composite-cylinder-67001
COMSOL复合材料模拟
纤维复合材料通常为薄层材料，纤维在层中呈单一取向。
薄层使用两种方法模拟：Layerwise (LW) theory，Equivalent Single Layer (ESL)
theory
模型定义
对符合材料的分析内容包含以下几个部分：
- 微机械分析
- 使用LW理论进行应力分析
- 使用ESL理论进行应力分析
微机械分析
假设复合材料由碳纤维单向排列在环氧树脂基体中。碳纤维占据了60%的体积。
材料属性
碳纤维T300假设为横观各向同性（正交）；环氧树脂假设为各向同性
| 材料性能 | 值 |
|---|---|
| $E_1,E_2,E_3$ | {230,15,15}GPa |
| $G_{12},G_{23},G_{13}$ | {15,7,15}GPa |
| $\upsilon_{12}.\upsilon_{23},\upsilon_{13}$ | {0.2,0.07,0.2} |
| $rho$ | 1800$kg/m^3$ |
| 材料性能 | 值 |
|---|---|
| E | 4GPa |
| $\upsilon$ | 0.35 |
| $\rho$ | 1100$kg/m^3$ |
cell周期性
使用cell periodicity节点应用周期性边界条件。
基于LW理论的应力分析
LW理论
LW理论考虑了表面以及厚度方向的位移自由度。从本构方程角度看，类似于三维固体。适用于厚板。
几何和边界条件
几何
长0.5m,半径0.1m的圆柱
边界条件
- 圆柱体的一端固定
- 另一端有滚柱支撑
- 1kN的力施加在1/4外表面
堆叠顺序和材料属性
材料由5层1mm厚的层组成。不同层纤维取向不同，0，45，90，-45，0
ESL理论进行应力分析
ESL理论中考虑了薄层中面的位移和旋转自由度（类似与3D壳单元），因此计算量比LW理论要小得多。适用于薄板、中厚板。
建模过程
选择周期性边界条件后，在周期性边界的右上角可以自动创建研究和材料。