背景

盡管長(zhǎng)期以來(lái)一直認(rèn)為該材料的計(jì)算都被考慮為的準(zhǔn)各向同性并得到不錯(cuò)的結(jié)果，但業(yè)內(nèi)已經(jīng)明顯感覺(jué)到，由于制造工藝復(fù)雜，如果不考慮該材料真實(shí)的各向異性性質(zhì)，就無(wú)法得到最理想的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。隨著市場(chǎng)需求的與日俱增，如今可以利用高級(jí) SMC 建模功能來(lái)仿真碰撞性能。 

SMC 材料標(biāo)簽更多地是指工藝而非等級(jí)，并且 SMC 材料與團(tuán)狀模塑料（BMC）材料有著明顯的相似性。該過(guò)程包括將一個(gè)或多個(gè)從原料條切出并多層堆積的裝料放入模腔中，然后閉合模具并迫使材料按照模具覆蓋形狀流動(dòng)。盡管片狀模塑料（SMC）材料已在汽車(chē)工業(yè)中廣泛應(yīng)用了相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間，最近有將 SMC 應(yīng)用于結(jié)構(gòu)要求更高的部件上的趨勢(shì)。 

挑戰(zhàn)

部署SMC部件有效且預(yù)測(cè)性數(shù)值解決方案的目標(biāo)是為應(yīng)對(duì)典型汽車(chē)負(fù)載情況（如碰撞）的。達(dá)成該目標(biāo)所面對(duì)的主要挑戰(zhàn)包括：

?   必須將一度被業(yè)內(nèi)認(rèn)為可忽略不計(jì)的材料各向異性考慮在內(nèi)，以便壓縮安全余量、減輕部件重量。

?   由于微結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性（包括纖維/束/切片纏結(jié)），失效萌生和損傷演化的仿真成為最主要的挑戰(zhàn)。

?   在使用多個(gè)預(yù)成型體形狀和/或嵌件時(shí)，材料流會(huì)在特定位置處相遇，從而產(chǎn)生熔接線。由于在交界區(qū)沒(méi)有增強(qiáng)相來(lái)承載，因此熔接線往往是 SMC 部件中的薄弱環(huán)節(jié)。

解決方案

各向異性

可使用 Moldex3D 來(lái)預(yù)測(cè) SMC 部件的微觀結(jié)構(gòu)，其中包括因預(yù)成型體形狀在模具中的流動(dòng)以及存在焊接線而導(dǎo)致的復(fù)雜性。然后采用 Digimat 技術(shù)來(lái)捕捉材料的各向異性，該技術(shù)依靠平均場(chǎng)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)成功預(yù)測(cè)。

失效與損傷

新型針對(duì)不連續(xù)纖維材料模型的可調(diào)損傷法則可將損傷演化與材料強(qiáng)度進(jìn)行關(guān)聯(lián)。它基于漸進(jìn)失效模型，通過(guò)降低剛度來(lái)描述后失效的能量耗散。

熔接線

工藝仿真軟件還可以通過(guò)節(jié)點(diǎn)列表來(lái)給出熔接線位置。借助 Digimat-MAP，可將該節(jié)點(diǎn)表映射為一個(gè)單元集。該單元集的材料卡的強(qiáng)度參數(shù)相對(duì)于其他區(qū)域值有所降低，以示焊接線對(duì)強(qiáng)度的削弱。

結(jié)果

如今，靜態(tài)和碰撞有限元分析仿真已能得到極佳的剛度準(zhǔn)確性，并可采集典型部件負(fù)載情況下的峰值負(fù)載和位移趨勢(shì)。

下圖以座椅內(nèi)部部件為例來(lái)說(shuō)明從工藝仿真到結(jié)構(gòu)應(yīng)用的工作流程。Digimat 仿真在大多數(shù)負(fù)載情況下都能與試驗(yàn)數(shù)據(jù)很好地吻合，其中包括頭部撞擊（刺穿），并且能正確地顯示關(guān)鍵點(diǎn)所在的位置。