三维编织复合材料结构的有限元分析(i) 8页

三维编织复合材料结构的有限元分析(I)郑锡涛王立凯(中国飞机强度研究所一室，陕西西安710065)摘要首先介绍三维整体编织复合材料结构有限元分析过程，重点研究了三维编织复材料结构弹性特性描述方法、有限元刚度矩阵的建立过程以及有限单元材料非均质问题的处理方法。方法的优点是单元尺寸小，几何模型更为方便简化。关键词编织复合材料力学性能有限元l引言三维编织复合材料具有复杂的纱线结构，其纤维分布不同、取向曲折，不同部位的纱线交织情况不一样，其基本单元细胞构成也不同时，如纱线的品种、方向数量、几何形状不同时，其材料弹性常数也将不一样，这种复杂性使三维编织复合材料的详细应力分析变得非常棘手。力学分析模型很难考虑编织纱线与基体间的复杂界面情况。为了详细地分析三维编织复合材料的应力分布，必须采用数值分析方法。本文首先介绍三维整体编织复合材料结构有限元分析过程，再重点研究三维编织复合材料结构弹性特性描述方法、有限单元刚度矩阵的建立过程及有限单元材料非均质问题的处理方法。2三维编织复合材料结构有限元分析过程从有限元法分析过程可知0j，进行单元特性分析是建立单元的刚度方程，从而得到单元的刚度矩阵。进行整体分析是集合所有单元的刚度方程建立全结构的刚度方程，进而得到全结构的刚度矩阵。经过对单元细胞的理想化假设，三维编织复合材料结构有限元分析过程与金属材料结构分析过程类似，即：(1)结构各部分弹性特性描述；(2)将有关结构离散成有限个单元；(3)根据单元的自由度等因素选定位移函数；收稿日期：2004年7月16日·23· (4)建立各单元节点与节点位移的关系式，确定单元的刚度矩阵[1