文档介绍：年月安庆师范学院学报自然科学版
第卷第期
软件工程与复合材料有限元分析问题定义
韩承双程再玲
安庆师范学院计算机与信息学院安徽安庆
安庆师范学院数学与计算科学学院安徽安庆
摘要计算机技术的发展推动了科学计算特别是工程结构分析的发展。在层合板壳结构有限元分
析中从问题定义、数学建模到有限元分析软件设计、编程实现其实质就是一个软件工程问题。本文从软
件工程的角度讨论复合材料结构有限元分析的过程与方法。
关键词软件工程结构分析有限元数学建模
中图分类号文献标识码文章编号
软件工程不是一个抽象的概念它总是依附于所要解决的具体问题而存在的。如同管理信息系统
的软件工程一样通过计算机技术实现的工程计算、结构力学数值分析等本质上也是软件工程问题。当
然由于它们所要解决的问题不同所采用的计算机技术和方法也可能不同但就软件工程的本质来
说它们都遵循着同样的开发过程即经过问题定义提出问题、可行性分析、逻辑建模数学建模、力
学建模、软件设计和编程实现这样一些过程。
正是由于计算机技术和软件工程技术的发展出现了诸如计算结构力学这样的新型学科。如果没
有计算机和软件工程技术的发展那么现代许多在结构分析特别是复合材料结构分析方面的工作都是
不可想象的。
具体到复合材料有限元分析由于其分析模型的特殊性其建模方法与一般的管理信息系统的逻
辑建模会有所不同。通过结构分析的数学描述导出用于有限元分析的离散化的力学分析模型最终都
归结为求代数方程组或特征值问题。本文作为软件工程与复合材料有限元分析的开篇主要讨论复合
材料结构分析和复合材料有限元分析的原理和方法导出层合板壳结构有限元分析的软件工程问题。
但限于篇幅基于有限元分析的逻辑建模及软件设计将另文讨论。
、复合材料结构分析
复合材料常常以多层板多层壳的结构形式承载它有许多不同于常规工程材料的特性主要表现
在非均匀性和各向异性。就每一层来说都是由两种或两种以上的材料组成的因而是非均匀的。其次
不同层的纤维取向、纤维含量、厚度、甚至纤维种类和基体材料都可能不同因此不同层更是非均匀
的。所谓各向异性主要是由于纤维的方向性造成的强度性能、刚度性能都具有方向性。此外有些纤
维如碳纤维本身也是各向异性的。总而言之每一层复合材料都是各向异性的而不同层的各向异性
情况又可能是不同的。在结构分析中都采用宏观力学的方法进行研究即在层内做了均匀化处理把
每一层都看作是均匀的各向异性材料。因此在宏观力学的意义上层合复合材料的非均匀性只表现在
沿厚度方向上的非均匀性即呈层性这种不均匀性造成了复合材料的拉弯效应。
收稿日期
作者简介韩承双男安徽安庆人安庆师范学院计算机学院高级工程师主要研究方向是计算机应用等
第期韩承双程再玲软件工程与复合材料有限元分析问题定义· ·
近年来层合板壳理论得到了广泛的研究。但由于板壳理论特别是其非线性理论在数学描述
上的复杂性一般不存在普遍意义的解析解对于更一般的几何结构或一般的受力、边界情况很难有
解析解存在。随着计算机技术的发展和有限元方法的广泛应用为一般层合板壳结构等复杂问题的求
解提供了强有力的手段。所以复合材料层合板壳结构的有限元分析受到了越来越多的关注。
复合材料与金属材料相比横向剪切刚度比较小。因