Il Composite Materials Module utilizza la tecnologia specializzata dei materiali stratificati e offre due approcci che possono essere usati per modellare accuratamente gli shell compositi: la layerwise theory e la equivalent single layer theory. L'approccio per strati (layerwise theory) è adatto per shell compositi spessi o moderatamente sottili con un numero limitato di strati. La teoria ESL è adatta a shell sottili o moderatamente spessi e può adattarsi a molti strati senza un impatto significativo sulle prestazioni. Si possono usare queste teorie per ottimizzare il layup e altri parametri di un laminato eseguendo analisi multiscala, multifisiche e varie analisi di rottura.
Composite Materials Module
Modellare i compositi per migliorare la progettazione del prodotto
Un materiale composito è un materiale eterogeneo composto da due o più costituenti integrati per migliorare le prestazioni strutturali. Il Composite Materials Module è un add-on dello Structural Mechanics Module che include strumenti di modellazione e funzionalità su misura per l'analisi di strutture composite stratificate. I materiali compositi stratificati, come la plastica rinforzata con fibre, le piastre laminate e i pannelli sandwich, sono ampiamente utilizzati nella produzione di componenti per aerei, componenti per veicoli spaziali, pale eoliche, componenti per automobili, edifici, scafi di imbarcazioni, biciclette e attrezzature di sicurezza. Inoltre, il Composite Materials Module può essere combinato con altri moduli della gamma dei prodotti COMSOL, per includere nell'analisi trasferimento di calore, elettromagnetismo, fluidodinamica, acustica ed effetti piezoelettrici nei materiali compositi.
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Teorie per definire e visualizzare i laminati
L'analisi di shell compositi laminati è comunemente basata sulla teoria degli strati o sulla teoria del singolo strato equivalente (ESL).
Cosa puoi modellare con il Composite Materials Module
Esegui varie analisi strutturali per i laminati compositi con il software COMSOL®.
Micromeccanica e macromeccanica
Calcola le proprietà del materiale omogeneizzato e le risposte macroscopiche dei laminati compositi.
Analisi multiscala
Valutare la risposta strutturale di una struttura composita sia alla macroscala che alla microscala.
Materiali non lineari1
Incorporare modelli di materiali non lineari in un composito a strati.
Delaminazione
Modello di inizio e propagazione della delaminazione in un laminato composito.
Buckling lineare
Calcolare i fattori di carico critici e le forme dei modi in condizioni di carico di compressione.
Cedimento del primo strato
Valutare l'integrità strutturale di uno shell composito laminato.
Ottimizzazione composito2
Ottimizzare le stratificazioni dei compositi, gli spessori degli strati, gli orientamenti delle fibre e le proprietà dei materiali.
Collegamenti strutturali
Accoppiamento di elementi shell e layered shell con altri elementi strutturali mediante accoppiamenti multifisici.
- Richiede il Nonlinear Structural Materials Module
- Richiede l'Optimization Module
Strumenti specializzati per definire e visualizzare i laminati
Il Composite Materials Module offre una serie di strumenti specializzati per visualizzare i laminati compositi che sono composti da diversi strati.
Interfaccia Layer Shell
L'interfaccia Layered Shell, disponibile in 3D, fornisce un approccio basato sulla teoria degli strati per un'analisi dettagliata dei laminati compositi. I materiali nei singoli strati possono essere non lineari. Supporta anche diversi ordini di forma per il campo di spostamento nella superficie di riferimento e nella direzione che attraversa lo spessore. L'interfaccia Layered Shell include i risultati delle distribuzioni complete di stress e deformazione in 3D, in modo da poter calcolare gli stress interlaminari e studiare, per esempio, le variazioni di stress all'interno di ogni lamina.
Metodo dei modelli multipli
L'interfaccia Layered Shell, basata sulla teoria degli strati, è accurata ma computazionalmente impegnativa. L'interfaccia Shell, basata su una teoria equivalente a singolo strato, è computazionalmente snella ma non è in grado di ottenere risultati accurati attraverso lo spessore. Il metodo dei modelli multipli, che combina queste due teorie nelle diverse parti di un laminato composito, è la scelta migliore in termini di accuratezza e prestazioni per la modellazione di strutture composite a sandwich.
Funzionalità materiale stratificato
Il nodo Layered Material può essere usato per definire un layup dove ogni strato ha i propri dati di materiale, spessore e orientamento principale. È disponibile anche una funzionalità per la definizione delle proprietà per le interfacce tra strati. I materiali stratificati definiti in questo modo possono essere combinati usando il nodo Layered Material Stack per creare materiali stratificati più complessi, che è particolarmente conveniente quando la stratificazione è ripetitiva, simmetrica o antisimmetrica. Questi nodi includono pulsanti di azione per visualizzare i grafici di anteprima 2D o 3D dei laminati compositi.
Grafico della sezione del materiale stratificato
Il grafico Layered Material Slice fornisce più libertà in termini di creazione di sezioni in un laminato composito. È utile nei seguenti casi: quando si crea una sezione solo attraverso uno o pochi strati selezionati, quando si crea una sezione attraverso alcuni o tutti gli strati ma non necessariamente collocandoli nella direzione attraverso lo spessore, e quando si esamina un particolare strato in dettaglio e si crea una sezione in una particolare posizione all'interno di uno strato che non è il piano medio.
Interfaccia shell
L'interfaccia Shell è arricchita da un modello di materiale, Layered Linear Elastic Material, che calcola le proprietà omogeneizzate del materiale dell'intero laminato e risolve solo al piano medio. Ai singoli strati del laminato possono essere aggiunti vari effetti anelastici come la plasticità e la viscosità. I risultati includono distribuzioni 3D complete di stress e deformazione, in modo da poter studiare, per esempio, le variazioni di stress all'interno di ogni lamina.
Connessione materiale stratificato
Quando si uniscono due diversi laminati in una configurazione side-by-side o si modella una situazione di drop-off degli strati, è possibile utilizzare il nodo Layered Material Stack insieme al nodo Continuity nell'interfaccia Layered Shell. L'area di connessione dei due laminati può essere controllata attraverso diverse opzioni. Gli strati collegati di entrambi i laminati possono essere visualizzati usando il grafico Layer Cross Section Preview disponibile sul nodo Continuity.
Dataset materiale stratificato
Il dataset Layered Material è usato per visualizzare i risultati della simulazione su una geometria che ha uno spessore finito. Questo dataset può essere usato per aumentare o diminuire lo spessore del laminato nella direzione normale, che è utile per visualizzare i laminati sottili. Permette anche di valutare i risultati ai nodi della mesh, alle interfacce o ai piani medi degli strati; è inoltre possibile selezionare o deselezionare determinati strati di un laminato.
Grafico attraverso lo spessore
Il grafico Through Thickness permette di visualizzare la variazione di qualsiasi quantità in una particolare posizione sul bordo rispetto allo spessore del laminato. È possibile selezionare uno o più punti geometrici sul confine o, a scelta, creare set di dati di punti di taglio. È anche possibile specificare direttamente le coordinate dei punti. A differenza di altri grafici, la quantità risultante è tracciata sull'asse x, mentre la coordinata dello spessore è tracciata sull'asse y.
Accoppiamenti multifisici per analisi estese
Ci sono due tipi fondamentalmente diversi di interazione tra la meccanica in un laminato e altri processi. Per i processi fisici che avvengono all'interno del laminato, è possibile risolvere tutti i fenomeni fisici simultaneamente, compresi gli accoppiamenti tra loro. In altri processi fisici, il laminato agisce come un limite per un dominio 3D dove avviene qualcosa di importante. I seguenti accoppiamenti multifisici sono disponibili con accoppiamenti integrati:
- Trasferimento di calore1
- Correnti elettriche2
- Piezoelettricità2
- Piezoresistività2
- Poroelasticità3
- Interazione acustica-composito4
- Interazione fluido-composito5
- Richiede Heat Transfer Module
- Richiede AC/DC Module o MEMS Module
- Richiede Porous Media Module
- Richiede Acoustics Module
- Per flussi turbolenti, richiede CFD Module
Trasferimento di calore e correnti elettriche
Creare un modello di riscaldamento Joule e di espansione termica all'interno di un laminato composito con tecnologia a strati.
Piezoelettricità
Simulare compositi piezoelettrici utilizzati per creare strutture intelligenti come sensori e attuatori.
Interazione acustica-composito
Modellare la vibroacustica accoppiando il laminato composito con un dominio acustico circostante.
Interazione fluido-composito
Usare le interfacce Shell e Layered Shell per modellare laminati compositi che interagiscono con domini fluidi.
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