簡介

本文將教導使用者如何利用Digimat來建立纖維強化塑料的材料模型。下列將介紹DIGIMAT多尺度材料模型的概念，并說明如何操作Digimat這套軟件。

1. 摘要 (Overview)

本文的目的是利用Digimat與結構分析軟件，進行一產品受外力下的應力與變形的分析。此產品是彈塑性的玻璃纖維復合材料。因此，我們把重點放在Digimat的新模塊-Digimat-RP。我們會藉由Digimat-RP來說明從Digimat到結構分析軟件的整個分析流程。本文中所示范的流程，包括如何在Digimat中建立材料性質，如何從Digimat的材料數據庫-Digimat-MX中選取所需要的材料性質，以及如何將模流分析中所得到的纖維排向，映像到結構分析模型。在Digimat中，材料性質可從Digimat-MF，材料供貨商，Digimat-MX中建立取得。在本文中，我們將從Digimat-MX中獲得材料性質。

Digimat-RP的分析，可以由3個簡單的步驟來達成：

(1)設定結構分析模型。

(2)從Digimat中，建立結構分析所需的材料性質。

(3)由Moldex3D取得射出成型制程的纖維排向。

必要的資料

使用Digimat-RP之前，必須要有下列的數據：

?模流分析的網格信息與纖維排向的張量分布

?此案例的有限元素模型，且已經設定靜力或動力分析方法，等向性材料性質，以及邊界條件。

你可以在“3_RP” 文件夾中，找到這個案例的必要的資料與分析結果。

必備的檔案

?結構分析模型。在Digimat工作目錄底下的“1_FEModel”：EngineBlock_Marc.dat (Marc format)

?模流分析網格。在Digimat工作目錄底下的“3_Manufacturing”：EngineCover_InjectionMesh.pat (PATRAN format)

?Moldex3D的纖維排向的張量。在Digimat工作目錄底下的“3_Manufacturing”：EngineCover_InjectionOrientationTensors.o2d (Moldex3D format)

什么是Digimat-RP

Digimat-RP是一個非常強大的整合軟件，能夠消除不同物理場問題，在模擬分析過程中的阻礙。例如，將模流分析的結果傳遞給結構分析模型，讓用戶再進行顯式或隱式的結構分析。簡言之， Digimat-RP在導入射出成型制程所引起的材料的微觀效應后，使得多尺度材料與結構分析，成為一種具有整合性、精確且有效率的方法。

什么是Digimat-MX

Digimat-MX是一種纖維復合材料的數據庫，它提供了用戶取得各種實驗數據的管道。這個材料數據庫還可以從實驗數據逆向求得一近似曲線與函數，讓求解器能夠利用該材料進行數值計算。Digimat-MX也幫助了其他相關者與公司內部人員，能夠分享這些數據。

什么是Digimat MAP

通常，模流分析與結構分析會有不同的網格類型和網格數目。Digimat-MAP提供使用者將射出成型所預測出來的纖維排向的張量分布，映像到結構分析的模型上。

2. 操作流程 (Workflow)

開啟Digimat-RP

1.由點擊計算機桌面上的Moldex3D Digimat-RP 快捷方式來開啟Moldex3D Digimat-RP。

2.為了能夠順利由Moldex3D Digimat-RP執行結構分析，結構分析軟件的執行核心的鏈接位置必須設定正確。如果這個鏈接路徑有誤的話，將無法執行結構分析，或無法打開已存在的分析結果。接下來，先確認這個部份。

a.點擊Tools，然后再點擊Settings。

以下窗口會顯示于銀幕上：

b.確認結構分析軟件的執行核心的鏈接位置是否正確，如果不是，可以由右邊的Browse或Detect來修正它。詳細的設定方式可參考Digimat的使用手冊文件。

3.我們也可以自行定義工作目錄的位置。

加載結構模型(步驟1) (Load the Structural Model (Step1))

a.  點擊Load Model

b. 打開Marc 模型。首先，先選擇此分析所使用的單位，此案例所使用的是 MPa。

載入完成后，會出現綠色勾勾。Visualization options也會出現在此控制面板的右上角，讓用戶可定義檢視角度。

定義Digimat 材料 (步驟2.1) (Define the Digimat Material (Step2.1))

這里提供3種定義材料性質的方式：

?Generic material data: Digimat-RP提供許多常用的纖維強化塑料，及其在不同溫度與濕度下的線彈性的材料性質。

?Digimat-MX database: 選擇Digimat-MX，會打開Digimat-MX的材料數據庫，里面有許多組材料模型，我們可以選擇符合的材料，并且加載Digimat-RP中。這些材料性質包括線彈性、塑性和熱塑性。

?Load material: 如果有已經建立好的材料檔(.daf/.mat)，可以由這個方式直接輸入。

在這個案例中，我們將從Digimat-MX的材料數據庫中輸入材料性質。

a.點擊New Digimat material

b.點擊 Import material from MX

啟動材料數據庫的服務器(步驟2.2) (Start the Local Database Server (Step2.2))

在啟動服務器之前，必須先建立一個材料數據庫的服務器，如果沒有建立材料數據庫的服務器，此處不再敘述。請參考Digimat 的使用手冊進行設定。設定完成后，方可進行下列過程。

a. 點擊 Database Tools

b. 點擊 Database Tools 窗口中的Database(s)

c. 點擊 Created Database(s) 選項，選擇將要驅動的數據庫服務器

d. 選擇Server

e. 顯示出下列的下拉選單，再點擊Start，驅動材料數據庫的服務器。

f. 點擊 OK來關閉訊息窗口

g. 點擊 Close來關閉Database(s)的窗口

啟動材料數據庫的服務器

1.連接材料數據庫的服務器

a.在 Database Connection窗口中，設定 Username為 manager

b.輸入 Password (在建立材料數據庫服務器的過程中已設定過)

c.選擇Database。(Database的名稱在建立材料數據庫服務器的過程中已設定過)

d.點擊Connect ，開啟 Digimat-MX界面。

2.選擇要輸入到Digimat-RP 的材料性質

a. 在FILTER樹形圖中 (菜單單中Tools -> Filter)，雙點擊 Matrix的空格并輸入PA6，雙點擊Filler的空格并輸入GF 尋找含 40%玻璃纖維的復合材料。點擊Search。

b. 左鍵點選grade e-X_GENERIC_PA6_GF40，然后右鍵點擊它，出現下拉式選單，選擇 “Show Digimat Analysis File(s)”

c. 選擇溫度23°C與濕度50%的塑性基材模型。

d. 右鍵點擊和選擇 View File來檢示材料性質。

e. 右鍵點擊和選擇Plot 來顯示材料曲線。

f. 從Digimat Analysis file，右鍵點擊要輸出的材料，點選 “Export and Quit”來輸出材料性質。關閉Digimat-MX，回到Digimat-RP的界面。

在材料性質輸入Digimat-RP后，我們常常需要改修部份的材料參數。在這種情況下，有2種作法：

?保有原來部份的材料參數，與材料數據庫的模板所給的部份材料參數一起使用

?消除原來的材料參數，完全依照材料數據庫的模板所給的材料參數

在輸入材料性質后，我們還是可以藉由“Reset to default values”(從材料數據庫的模板中，回復原來的數值)與“Import values from material file”(由.daf/.mat檔，重載數值)的方式來轉換材料性質。注意：如果材料性質是被加密的，表示這些材料性質就是材料供貨商提供的。

Digimat material 窗口中所顯示的內容主要分成2部份：窗口的上部份包括所使用的纖維復合材料的類型，每一個選項都可以點擊來檢示詳細的材料性質；窗口的下部份則顯示出纖維復合材料應力-應變曲線，包括橫向纖維排向，緃向纖維排向，2維-隨機纖維排向，3維-隨機纖維排向。

3.選擇計算材料模型的方法

Digimat-RP提供幾種已經定義好的求解方法。使用者可以建立一個新的求解方法，或直接修改現有的求解方法。修改后求解方法可以另存成一個新的求解方法。在這個案例中，我們選擇Implicit-Micro的解法。關于所有求解方法的說明與其參數設定方式，請參考Digimat的使用手冊。

輸入塑料成型制程的數據(步驟3) (Use Data from the Manufacturing Process (Step3))

大部份的情況下，因為射出成型與結構分析所用的網格類型和數目會有不同，故我們會利用Digimat-MAP來將射出成型所預測出來的纖維排向映像到結構分析的模型上。Digimat-MAP內建在Digimat-RP中，故使用者在Digimat-RP中，亦可將射出成型的結果映像到結構分析的模型上。

1.加載射出成型模型

a.從 Microstructure的選單中，在DIGIMAT左邊樹形圖中點選 From manufacturing process。

b.在DIGIMAT工作目錄中，選擇Patran的檔案-“EngineCover_InjectionMesh.pat” 來輸入模型網格。

載入纖維排向

a.在DIGIMAT工作目錄中，由 “Load fields”選擇Moldex3D的“EngineCover_InjectionOrientationTensors.o2d”

3.在DIGIMAT左邊樹形圖中，從  "Field mapping" 點擊 "Map required fields"。

a.選擇Automatic 的映像方式(Manual需要額外的license)

b.點擊Map

4.首先，會先進行兩種模型的幾何與網格的進行映射。接著，再將纖維排向從模流網格映像到結構網格。一旦映像完成后，網格與纖維排向數據將自動轉移到結構模型。

5.點擊窗口下方a11, a22, a33, a12, a13, a23 的圖案，可以檢視各方向上，結構模型的纖維排向的張量分布。

6.在所有的步驟完成后，即可點擊“Submit”，開始進行分析。

a.點擊Submit產生所需要的檔案，進行Moldex3D與結構的耦合分析

b.選擇工作目錄。然后，點擊Confirm。

c.點擊 run locally。

d.點擊 run，并以1個 CPU來執行分析。(可用CPU數目根據結構分析軟件的授權決定，上限為四)

當分析工作開始執行，FE analyses 監視窗口會自動出現。這窗口分析3部分。第一部分，包括會列出所有的工作清單與執行狀能。第二部分，結構分析的執行狀況。第三部分，記錄Digimat的執行狀況。

注意：當分析工作開始執行后，Moldex3D Digimat-RP可立即用于另一偶合分析的設定，不影響正在運行的分析。

7.當分析完成后，會出現下列窗口，點擊 Yes后，會開啟結構分析軟件，可以檢視分析結果。

8.另一種方式是，右鍵點擊上方的狀況列的任何一個位置，選擇 View results， View SDV table或Open working directory來檢視分析結果。

9.打開Marc Mentat，點選菜單單中的view，選擇Plot。在Plot control選單中，取消Node選項，然后點選Redraw重新繪制。

10.選Results選單，然后點選Model Plot。

11.選擇可視化的方式。在Scalar Plot 中，點選Contour Bands 和Scalar使結果可視化。User Defined Variable是Digimat的計算結果。

12.X方向的位移量：

13.   累積的塑性應變：User defined variable 28: