作者：李桂花 上海安世亞太結構應用工程師

文章首發：上海安世亞太官方訂閱號（搜索：PeraShanghai）

聯系我們：021-58403100

本文共計943字，閱讀時間預計3分鐘

復合材料結構的數值模擬由于涉及長度尺度的不同而具有一定的挑戰性。雖然微觀有限元方法可以用來模擬系統的結構力學問題(解決所有的長度尺度)，但對于復雜大型產品的設計它是不實際的。因為所需的單元數量將是天文數字，計算成本會非常之高。

• 在復合材料有限元分析中，消除尺度問題的標準方法是均質化。即通過計算微觀胞元均質化材料參數，將它應用到宏觀尺度的模型中，而不是模擬整個復雜的微觀結構，從而大大降低計算成本。

• 在材料設計中，均質化過程從代表性的微觀胞元（RVE，Representative Volume Element）的建模開始。這需要創建一個簡化的幾何圖形，以及定義組成材料的材料屬性。然后，對幾何模型進行網格劃分進行有限元分析，計算其響應，最終根據這些響應的結果計算均質材料數據。

Material designer（簡稱MD）是ANSYS v19.2中引入的一種新的均質化工具，用于評估不同材料和結構(復合材料、晶格或用戶定義)的有效線彈性和熱材料屬性。

從子項目中拖動一個MD模塊，雙擊engineer data，定義基本材料屬性，本案例材料屬性默認結構鋼。

雙擊MD，選擇RVE類型為Honeycomb。注意：material designer支持微觀尺度的文件，如果單位系統不對，可以通過單擊File> SpaceClaim Options > Units來更改當前文檔中的單位系統。

單擊材料，選擇初始材料屬性，打勾。

單擊geometry，定義幾何屬性，打勾確認。

單擊mesh，定義網格尺寸和方法，或者用默認網格，打勾確認。

單擊setting，設置模型材料是正交各向異性還是各向異性，設定對稱面等相關信息。

右鍵或者從菜單欄中選擇計算的材料模型，目前支持常值材料模型和變材料模型（例如體積占比不同，材料不同），案例中選擇常值材料模型，打勾求解。

點擊results，查看結果。

項目主頁上，可把計算出來的材料屬性共享給分析模型，在材料數據庫中，可以看到我們計算出來的材料屬性特征。

以上我們在material designer里完整定義了均質化求解復合材料參數的整個過程，除了根據現有的RVE模型進行定義外，您還可以自定義RVE類型，不一一贅述，有興趣的工程師可以嘗試一下。