背景

盡管長期以來一直認為該材料的計算都被考慮為的準各向同性并得到不錯的結果，但業內已經明顯感覺到，由于制造工藝復雜，如果不考慮該材料真實的各向異性性質，就無法得到最理想的結構設計。隨著市場需求的與日俱增，如今可以利用高級 SMC 建模功能來仿真碰撞性能。 

SMC 材料標簽更多地是指工藝而非等級，并且 SMC 材料與團狀模塑料（BMC）材料有著明顯的相似性。該過程包括將一個或多個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。盡管片狀模塑料（SMC）材料已在汽車工業中廣泛應用了相當長的一段時間，最近有將 SMC 應用于結構要求更高的部件上的趨勢。 

挑戰

部署SMC部件有效且預測性數值解決方案的目標是為應對典型汽車負載情況（如碰撞）的。達成該目標所面對的主要挑戰包括：

?   必須將一度被業內認為可忽略不計的材料各向異性考慮在內，以便壓縮安全余量、減輕部件重量。

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

?   在使用多個預成型體形狀和/或嵌件時，材料流會在特定位置處相遇，從而產生熔接線。由于在交界區沒有增強相來承載，因此熔接線往往是 SMC 部件中的薄弱環節。

解決方案

各向異性

可使用 Moldex3D 來預測 SMC 部件的微觀結構，其中包括因預成型體形狀在模具中的流動以及存在焊接線而導致的復雜性。然后采用 Digimat 技術來捕捉材料的各向異性，該技術依靠平均場算法來實現成功預測。

失效與損傷

新型針對不連續纖維材料模型的可調損傷法則可將損傷演化與材料強度進行關聯。它基于漸進失效模型，通過降低剛度來描述后失效的能量耗散。

熔接線

工藝仿真軟件還可以通過節點列表來給出熔接線位置。借助 Digimat-MAP，可將該節點表映射為一個單元集。該單元集的材料卡的強度參數相對于其他區域值有所降低，以示焊接線對強度的削弱。

結果

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

下圖以座椅內部部件為例來說明從工藝仿真到結構應用的工作流程。Digimat 仿真在大多數負載情況下都能與試驗數據很好地吻合，其中包括頭部撞擊（刺穿），并且能正確地顯示關鍵點所在的位置。

來源：MSC軟件