复合材料最重要的特征就是其叠层结构。每层材料都可能由不同的正交各向异性材料构成，并且其主方向也可能各不相同。对于叠层复合材料，纤维的方向决定了层的主方向。

有如下两种方法可用来定义材料层的配置。

●通过定义各层材料的性质。

●通过定义表示宏观力、力矩与宏观应变、曲率之间相互关系的本构矩阵。

1.定义各层材料的性质

这种方法由下到上一层一层定义材料层的配置。底层为第一层，后续的层沿单元坐标系的Z轴正方向自底向上叠加。如果叠层结构是对称的，可以只定义一半的材料层。

有时，某个物理层可能只延伸到模型的一部分。为了建立连续的层，可以把这些中断的层的厚度设置为零，图17-1显示了一个四层模型，其中第二层在某处中断了。

对于每一层材料，由单元实常数表（R，RMORE，RMODIF）定义如下性质。

图17-1 复合材料的中断

●材料性质（通过材料参考号MAT定义）。

●层的定向角（THETA）。

●层的厚度（TK）。

分层的截面可以通过截面工具来定义（Prep|Sections|Shell-Add/Edit）。对每一层，通过截面命令或截面工具（SECTYPE,SECDATA）定义下面的属性。

●材料性质（通过材料参考号MAT来定义）。

●层的定向角（THETA）。

●层的厚度（TK）。

●每层积分点的数目（NUMPT）。

（1）材料性质

与其他单元一样用MP命令定义线性材料特性，用TB命令定义非线性数据表。唯一不同是，复合材料单元的材料参考号由其实常数表来指定。对于层单元，MAT命令属性仅用于MP命令的DAMP和REFT参数。各层的线性材料特性可以是各向同性，也可以是正交异性。典型的纤维加强复合材料包括各向异性材料，且这些特性主要以泊松比的形式提供。材料方向平行于层坐标系（由单元坐标系和层定向角定义）。(www.daowen.com)

（2）层的定向角

它定义层坐标系相对于单元坐标系的角度。它是这两个坐标系的X轴之间的夹角（单位为“度”）。默认情况是层坐标系与单元坐标系平行。所有单元都有默认的坐标系，可用ESYS命令（Main Menu|Preprocessor|Attributes|Default Attribs）来改变。用户还可用自己的子程序来定义单元和层坐标系。

（3）层的厚度

如果层的厚度是常数，用户只需定义节点I处的厚度TK（I），否则四个角节点处的厚度都需输入。中断的层必须为零厚度。

（4）每层的积分点数目

用于确定计算结果的详细程度。对于非常薄的层，当其和很多其他层一起使用时，有一个积分点就足够了。但对于层数很少的片状结构，需要的积分点应该比较多，默认为3。本特性仅适用于通过截面命令定义的截面。

注意：目前，GUI只允许层数（实常数）最大值为100。如果需要层数大于100，可以使用R和RMORE命令来实现。

2.夹层（“三明治”）结构和多层结构

夹层结构有两个薄的面板和一个厚度相对软的夹心层。图17-2显示了一个夹层结构，并假定夹心层承受了所有的横向剪切载荷，而面板则承受了所有的（或几乎所有的）弯曲载荷。

图17-2 夹层结构

夹层结构可用SHELL181或SHELL281单元来建立有限元模型。SHELL181和SHELL281通过能量等效方法模拟横向剪切偏转。

3.节点偏置

SHELL181和SHELL281通过截面命令定义截面，可以在定义截面时通过SECOFFSET命令偏置节点。图17-3表示节点在板的中面（KEYOPT（11）=0），各板在这点对齐。图17-4表示节点在板的底面（KEYOPT（11）=1），各板在这点对齐。

图17-3 复合材料节点在中面对齐

图17-4 复合材料节点在底面对齐