基于ANSYS的铺层方向对复合材料的力学影响分析

复合材料是一种多相材料，由多种性质极不相同的材料组成。先进的复合材料在本世纪60年代初才发明，最具代表性的为聚合物为基的高性能的碳纤维和硼纤维复合材料。

模型的建立与计算

图1 层合板的有限元模型

图2  层合板的有限元模型的载荷

图3 铺层方向0/90/45/0的各层的等效应力

图3给出了铺层方向为0/90/45/0的各层的等效应力。由图可知：第一层的最大等效应力为0.117E9Pa；第二层的最大等效应力为0.627E8Pa；第三层的最大等效应力为0.747E8Pa；第四层的最大等效应力为0.114E9Pa。从以上数据可知：层合板的第一层和最后一层的应力最大，第二层的应力最小。

图4给出了铺层方向为0/45/45/0的各层的等效应力。由图可知：第一层的最大等效应力为0.114E9Pa；第二层的最大等效应力为0.739E8Pa；第三层的最大等效应力为0.749E8Pa；第四层的最大等效应力为0.114E9Pa。从以上数据可知：层合板的第一层和最后一层的应力最大，第二层的应力最小。

图4 铺层方向0/45/45/0的各层的等效应力

图5给出了铺层方向为0/90/90/0的各层的等效应力。由图可知：第一层的最大等效应力为0.117E9Pa；第二层的最大等效应力为0.635E8Pa；第三层的最大等效应力为0.635E8Pa；第四层的最大等效应力为0.116E9Pa。从以上数据可知：层合板的第一层和最后一层的应力最大，第二层的应力最小；铺层方向角相同的层其最大等效应力也相同。

图5 铺层方向0/90/90/0的各层的等效应力

图6 铺层方向45/-45/45/-45的各层的等效应力

图6给出了铺层方向为45/-45/45/-45的各层的等效应力。由图可知：第一层的最大等效应力为0.125E9Pa；第二层的最大等效应力为0.639E8Pa；第三层的最大等效应力为0.638E8Pa；第四层的最大等效应力为0.125E9Pa。从以上数据可知：层合板的第一层和最后一层的应力最大，第二层和第三层的等效应力最小。

图7 铺层方向90/45/-45/0的各层的等效应力

图7给出了铺层方向为90/45/-45/0的各层的等效应力。由图可知：第一层的最大等效应力为0.113E9Pa；第二层的最大等效应力为0.789E8Pa；第三层的最大等效应力为0.788E8Pa；第四层的最大等效应力为0.113E9Pa。从以上数据可知：层合板的第一层和最后一层的应力最大，第三层的应力最小。

结论

通过以上分析和计算可以得出以下结论：

（1） ansys可以处理复杂的复合材料力学问题。