復合材料仿真分析
關注創建者：斯姆勒數值仿真技術研究院 創建時間：2019-06-27
復合材料仿真分析的視頻教程
Abaqus復合材料分析系列——進階篇
章節6.Abaqus自帶的三維復合材料結構仿真分析案例 章節7.復雜曲面復合材料結構鋪層設置 【注】封面的小球沖擊復合材料板模型CAE及INP文件已經上傳至課程附件，可自行下載。
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復合材料仿真分析的實例教程
北鯤云在9月29日，邀請從事復合材料行業多年的江華軍老師做客北鯤云講堂，為大家分享了基于Ansys-Workbench-ACP復合材料仿真分析。
江老師主要方向為復合材料測試，復雜造型建模，復合材料靜、動力學及成型工藝仿真。
簡單回顧概括一下直播內容為：
復合材料簡介
ANSYS-workbench-ACP軟件介紹
基于ANSYS復合材料實例仿真分析
Ansys-workbench-ACP：ACP支持基于Python腳本語言，結合Excel實現快速建模，提供效率。
比起概念，相信大家更想要接觸實例，江老師也為我們演示了基于ANSYS復合材料實例仿真分析。
例：沖浪板靜強度分析（采用ansys2021R2版本
分析流程
1 材料屬性添加
2 Mechanical界面幾何和網格設置
3 坐標系、方向選擇集、鋪層定義
4 邊界條件、載荷和求解
5 結果后處理
詳細的案例講解結束后，老師也展示了在北鯤云超算平臺上進行計算的便利之處。
想要觀看完整視頻的朋友可以找找我們的B站賬號即可！
展開 復合材料仿真分析基礎篇---概述
1、復合材料與有限元計算
復合材料是由有機高分子、無機非金屬或金屬等幾類不同材料通過復合工藝組合而成的新型材料，它既能保留原組分材料的主要特色，又通過復合效應獲得原組分所不具備的性能。可以通過材料設計使各組分的性能互相補充并彼此關聯，從而獲得新的優越性能，與一般材料的簡單混合有本質的區別。復合材料是在結構成形的同時形成的，因此，材料性能依賴于成形工藝，材料許用值與結構成形工藝密切相關，同時，所用材料/工藝的任何變化都有可能對結構性能帶來變化。
復合材料仿真分析的優點：
v
采用傳統的等代設計（等剛度、等強度）、準網絡設計等設計方法，復合材料的優異性能難以充分發揮。
v
在復合材料結構分析中，已經廣泛采用有限元數值仿真分析，其基本原理在本質上與各向同性材料相同，只是離散方法和本構矩陣不同。復合材料有限元法中的離散化是雙重的，包括了對結構的離散和每一鋪層的離散。這樣的離散可以使鋪層的力學性能、鋪層方向、鋪層形式直接體現在剛度矩陣中。
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有限元分析軟件，均把增強材料和基體復合在一起，討論結構的宏觀力學行為，因此可以忽略復合材料的多相性導致的微觀力學行為，以每一鋪層為分析單元。
2、復合材料仿真模型及方法
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宏觀力學分析方法
從材料是均勻的假定出發，僅從復合材料平均表觀性能檢驗組分材料的作用來研究復合材料的宏觀力學性能。將單向板看成均勻的各向異性材料，不考慮纖維與基體的具體區別，用其平均性能來表示單層材料的剛度和強度特性。可以比較容易地分析單層和疊層材料的各力學性質。
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細觀力學分析方法
從分析組分材料之間的相互影響來研究復合材料的力學性能。由于實際纖維形狀不完全規則和排列不完全均勻，制造工藝差異與材料內部的缺陷等，細觀力學分析方法尚不能完全反應實際材料狀況，故尚需進一步深入研究。
展開 1、復合材料與有限元計算
復合材料是由有機高分子、無機非金屬或金屬等幾類不同材料通過復合工藝組合而成的新型材料，它既能保留原組分材料的主要特色，又通過復合效應獲得原組分所不具備的性能。可以通過材料設計使各組分的性能互相補充并彼此關聯，從而獲得新的優越性能，與一般材料的簡單混合有本質的區別。復合材料是在結構成形的同時形成的，因此，材料性能依賴于成形工藝，材料許用值與結構成形工藝密切相關，同時，所用材料/工藝的任何變化都有可能對結構性能帶來變化。
復合材料仿真分析的優點：
△采用傳統的等代設計（等剛度、等強度）、準網絡設計等設計方法，復合材料的優異性能難以充分發揮。
△ 在復合材料結構分析中，已經廣泛采用有限元數值仿真分析，其基本原理在本質上與各向同性材料相同，只是離散方法和本構矩陣不同。復合材料有限元法中的離散化是雙重的，包括了對結構的離散和每一鋪層的離散。這樣的離散可以使鋪層的力學性能、鋪層方向、鋪層形式直接體現在剛度矩陣中。
△有限元分析軟件，均把增強材料和基體復合在一起，討論結構的宏觀力學行為，因此可以忽略復合材料的多相性導致的微觀力學行為，以每一鋪層為分析單元。
2、復合材料仿真模型及方法
△宏觀力學分析方法
從材料是均勻的假定出發，僅從復合材料平均表觀性能檢驗組分材料的作用來研究復合材料的宏觀力學性能。將單向板看成均勻的各向異性材料，不考慮纖維與基體的具體區別，用其平均性能來表示單層材料的剛度和強度特性。可以比較容易地分析單層和疊層材料的各力學性質。
△細觀力學分析方法
從分析組分材料之間的相互影響來研究復合材料的力學性能。
展開 (文章轉自復合材料力學公眾號)
復合材料仿真分析真正用于指導工程設計還有多遠的路要走？看到這個問題可能很多人會想，復合材料仿真分析蓬勃發展了幾十年不是一直都在用于指導工程設計嗎？每天新發表的這方面的文章也是層出不窮。事實上，先進的復合材料理論發展了幾十年，工業界仿真水平還是有所滯后，工業界設計驗證還是以試驗為主，仿真輔助，且是主觀經驗性很強的仿真。另外，還有一部分基本概念、有限元理論和復合材料力學都欠缺的偽仿真，仿真對他們來說可能是漂亮的動畫或云圖。
現在的仿真分析依然沒有擺脫其尷尬的處境。經典的力學發展了數百年，搞基礎理論研究的人想在復合材料力學理論方面有所創新已經很難了；而另一方面，現有的復合材料理論和分析方法缺乏全面的驗證，搞不清一種理論方法到底適用于哪種工況，其誤差究竟有多少，導致工程設計中無人敢用；再加上大量未經過驗證的研究工作紛紛發表，一看全會，一用全廢，讓很多人都覺得仿真分析是花拳繡腿，坐實了其花瓶兒的角色。
未來是數字化、智能化的時代，先進仿真分析技術是數字化、智能化的基礎，是以后工程設計的必備手段，隨著建模方法和分析方法的逐步完善和規范，其發揮的作用也將越來越大。現階段，仍然有很多基礎理論和驗證工作去做。但目前工業部門/科研院所和高校之間存在鴻溝，溝通不足，各有各的問題。
高校
高校側重基礎研究，解決具體的科學問題，但高校離實際需求較遠，有些研究會偏離實際應用；其次，其研究多著眼于細節，扎得深，看得也會窄，難以形成系統整體的規劃；另外，部分老師的研究內容多取決于經費來源，有什么項目做什么事，一旦經費沒有了，可能之前做得很好的工作都無法再延續，很可惜。
且近些年高校內卷嚴重，老師這個群體也是壓力山大，主要精力放在發論文、拉項目上，不這樣做，可能連留校的機會都沒有。
展開 針對連續纖維增強復合材料（CFRP）測試樣本多、測試周期長、成本高昂的問題，海克斯康融合多尺度復合材料建模平臺Digimat和人工智能仿真平臺ODYSSEE，開發出一套基于人工智能的復合材料虛擬許用值預測方案，基于以下三個重要步驟，從而幫助客戶快速獲取復合材料許用值。
● 復合材料虛擬許用值計算幫助用戶減小測試規模；
● 材料數據庫平臺對復合材料許用值的結構化存儲；
● 基于數據的人工智能方法與復合材料虛擬許用值計算結合，加速材料性能預測。
本期直播講堂請到了海克斯康工業軟件應用專家常誠，在直播間中講師將重點介紹基于復合材料虛擬許用值計算工具Digimat-VA、材料數據管理平臺MaterialCenter，以及人工智能仿真平臺ODYSSEE，實現復合材料許用值快速預測的整體解決方案和案例應用。敬請關注！
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8月20日 14:00
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直播內容聚焦
? 復合材料虛擬許用值計算
? 材料數據庫管理平臺
? 人工智能方法加速復合材料仿真分析
? 基于材料數據庫和人工智能技術的復合材料許用值預測解決方案
常誠
海克斯康工業軟件應用專家
工程力學博士，在CAD/CAE行業擁有8年工作經驗，在汽車零部件設計與仿真、航天航空、能源建筑等領域有豐富經驗。目前關注于集成材料計算工程的應用，包括材料數據的存儲、管理及引用，多尺度復合材料精細建模和仿真分析，人工智能加速新材料研發和應用，機器學習應用于仿真加速和設計優化等方面，為客戶提供各類CAE仿真和材料應用解決方案。
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Ansys應用類系列網絡研討會——熱仿真系列專題已上線，將重點介紹 Ansys 多款求解器矩陣在電子散熱、電熱耦合及復雜熱管理問題中的實際應用
突破長度極限，開啟制造新紀元
在高端復合材料領域，長度一直是衡量制造能力的核心標尺。傳統CF/PEEK單向帶受限于工藝瓶頸，往往只能提供數十米至數百米的斷續產品，接頭頻繁、性能波動、效率低下成為困擾行業的頑疾。
如今，江蘇君華特種高分子材料股份有限公司自豪地推出連續長度1000米CF/PEEK預浸帶（LU-CF/PEEK）—這不是簡單的數字疊加，而是熱塑性預浸料制造技術的革命性跨越。
材料卡片是仿真分析的"基因"，決定了有限元計算結果的精度上限。
在碰撞仿真、NVH分析、產品可靠性評估等場景中，材料參數設置的準確性直接影響仿真的可信度。然而，實驗室提供的原始材料曲線與仿真軟件所需的有效應力應變曲線之間，存在一道需要跨越的轉化鴻溝。本文基于實戰經驗，系統梳理從材料曲線獲取到仿真材料卡片生成的完整流程，供從事CAE工作的工程師參考。
現代塑料產品設計為了追求功能集成與美觀，模具結構變得日益復雜。對嵌入件（Part Insert）而言，前處理—特別是網格制作—面臨巨大挑戰。多材質射出成型（Multi-Component Molding，MCM）模擬最困難的地方在于不同材質（如雙色模、金屬嵌件）之間的接觸面處理，其模擬的準確度往往取決于組件交界面的處理。
以往工程師常面臨兩難：選擇非匹配網格（Non-matching Mesh
樹脂轉注成型（Resin Transfer Molding，RTM）是一種先進的復合材料成型制程，通常透過將纖維布含浸樹脂來生產高性能復合材料零件。RTM能夠生產具備高質量、復雜幾何形狀，以及尺寸精度、機械性能良好且一致的零部件。
Moldex3D RTM可以讓使用者在Studio上依照現場纖維布之鋪排來進行立體網格設計，也能從外部前處理軟件如Rhino、Hypermesh等輸入。Studio
白車身彎扭剛度仿真分析13天前
這邊有一個白車身模型，網格劃分已經完成了，扭轉剛度分析也完成了，需要進行一個彎曲剛度仿真分析，還有個一個優化解決方案，需要一同實驗，有償幫助
復合材料多尺度力學仿真中，代表性體積單元（RVE）的幾何建模與網格劃分是前處理階段的主要工作之一。受周期性邊界條件的約束，纖維在模型邊界處的切割精度直接影響后續網格匹配。當纖維端面與基體表面未能完全共面時，往往產生微小幾何階躍，導致節點投影誤差。這些問題在手動腳本處理時出錯的概率較高。
針對上述情況，基于Abaqus環境開發了Periodic RVE Generator插件，對纖維生成
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形狀記憶合金（SMA）能夠在發生大變形后不產生殘余應變（偽彈性），并且可以通過溫度變化從大變形中恢復（形狀記憶效應）。偽彈性和形狀記憶效應使其特別適用于航空航天、生物醫學和結構工程等領域。本仿真模擬了將形狀記憶合金用作脊柱間隔器的過程。
目標
熟悉形狀記憶合金
理解考慮熱效應的形狀記憶合金建模流程
建模步驟
1. 在 ANSYS Workbench 中創建靜力結構系統
