多尺度建模的案例
Digimat：復(fù)合材料多尺度建模的創(chuàng)新力量
在當(dāng)今追求高性能與可持續(xù)發(fā)展的工業(yè)領(lǐng)域，復(fù)合材料正成為越來越多行業(yè)的首選材料。其卓越的比強(qiáng)度、比模量、耐腐蝕性和高度可設(shè)計性，使其在航空航天、汽車制造、電子設(shè)備等行業(yè)中逐漸取代傳統(tǒng)金屬材料。然而，傳統(tǒng)的復(fù)合材料分析方法難以準(zhǔn)確捕捉材料微觀結(jié)構(gòu)對宏觀性能的影響，導(dǎo)致設(shè)計中不得不引入較大安全系數(shù)，既增加成本又限制材料性能發(fā)揮。但現(xiàn)在，一款名為 Digimat 的軟件徹底改變了這一局面。
Digimat 是由 e-Xstream engineering（現(xiàn)歸屬 Hexagon Manufacturing Intelligence）開發(fā)的專業(yè)復(fù)合材料多尺度建模與仿真平臺。它采用獨(dú)特的多尺度方法學(xué)框架，實(shí)現(xiàn)了從微觀纖維 / 基體界面到宏觀結(jié)構(gòu)性能的跨尺度預(yù)測。其強(qiáng)大功能體現(xiàn)在多個方面。
Digimat 軟件操作界面截圖
在微觀尺度表征上，Digimat-MF 模塊通過代表性體積單元（RVE）方法，能夠精確預(yù)測復(fù)合材料的局部應(yīng)力 / 應(yīng)變場。以碳纖維 / 環(huán)氧樹脂體系為例，該模塊展現(xiàn)出極高的建模精度。在工藝仿真方面，Digimat-MAP 模塊可模擬注塑、RTM 等成型工藝對最終性能的影響。如在玻纖增強(qiáng) PP 的注塑案例中，其預(yù)測纖維取向分布與 CT 掃描結(jié)果相關(guān)性達(dá) 0.91，翹曲變形預(yù)測精度比傳統(tǒng)方法提高 40%，計算時間比同類軟件縮短 30%（相同硬件配置）。
Digimat 在行業(yè)應(yīng)用中成果顯著。在航空航天領(lǐng)域，某型無人機(jī)機(jī)翼設(shè)計借助 Digimat，成功減重 15% 的同時保持等效剛度，開發(fā)周期縮短 6 個月，物理試驗次數(shù)減少 60%。在汽車輕量化方面，某電動車電池包殼體項目使用 Digimat 后，最大應(yīng)力降低 14.3%，生產(chǎn)成本降低 20% 。
展開 Digimat多尺度建模技術(shù)體系研究：復(fù)合材料仿真前沿進(jìn)展
軟件概述與技術(shù)架構(gòu)
Digimat是由e-Xstream engineering（現(xiàn)歸屬Hexagon Manufacturing Intelligence）開發(fā)的專業(yè)復(fù)合材料多尺度建模與仿真平臺。作為當(dāng)前復(fù)合材料仿真領(lǐng)域的標(biāo)桿軟件，Digimat采用獨(dú)特的多尺度方法學(xué)框架，實(shí)現(xiàn)了從微觀纖維/基體界面到宏觀結(jié)構(gòu)性能的跨尺度預(yù)測。
核心技術(shù)特點(diǎn)：
l 材料-工藝-性能一體化建模：集成材料數(shù)據(jù)庫包含500+種常見增強(qiáng)纖維和樹脂基體；
l 多物理場耦合能力：支持力學(xué)-熱學(xué)-電學(xué)耦合分析；
l 工業(yè)接口豐富：與Abaqus、ANSYS、LS-DYNA等主流CAE軟件無縫對接。
2. 核心功能評測
2.1 微觀尺度表征能力
Digimat-MF模塊通過代表性體積單元(RVE)方法，精確預(yù)測復(fù)合材料的局部應(yīng)力/應(yīng)變場。
展開 JMPS：多主元合金塑性和應(yīng)變硬化的分層多尺度晶體塑性框架
多主元合金(MPEAs)表現(xiàn)出了優(yōu)異的力學(xué)性能，包括良好的抗疲勞性、高屈服強(qiáng)度、耐腐蝕、高延性和熱穩(wěn)定性，特別是高強(qiáng)度和良好的延性的前所未有的結(jié)合。因此，MPEAs有望在關(guān)鍵結(jié)構(gòu)和功能上得到廣泛應(yīng)用，例如抗損傷材料和工具材料。作者通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)合金不同，實(shí)驗和模擬表明MPEAs中不同的原子類型會導(dǎo)致較大的原子晶格畸變來控制力學(xué)性能。
在細(xì)觀尺度上，晶體塑性有限元(CPFE)方法可以考慮相變、位錯滑移和變形孿生等多種細(xì)觀變形機(jī)制，在描述基于微觀結(jié)構(gòu)演化的材料塑性行為方面具有明顯的優(yōu)勢。而晶體塑性本構(gòu)模型的參數(shù)通常是通過擬合宏觀實(shí)驗結(jié)果得到的，但是其缺乏亞微米變形機(jī)理，所以擬合參數(shù)可能不是唯一的，從而降低了CPFE模擬的預(yù)測精度。由于MPEAs的微觀結(jié)構(gòu)是多尺度的，如原子空位和晶格畸變、微尺度位錯和中尺度晶粒等，所以需要考慮微尺度的變形機(jī)理來獲得精確的晶體塑性本構(gòu)模型參數(shù)，然后開發(fā)一種從納米-微-中尺度微觀結(jié)構(gòu)集成的新的模擬方法。湖南大學(xué)的Qihong Fang等人將原子模擬、離散位錯動力學(xué)和晶體塑性有限元方法結(jié)合起來，建立了一個新的框架，研究MPEAs的應(yīng)變硬化行為，實(shí)現(xiàn)了包括納米尺度晶格畸變和微尺度位錯硬化在內(nèi)的復(fù)雜跨尺度因素對塑性變形的影響，作者結(jié)合MD、DDD、CPFE模擬方法和隨機(jī)場理論(圖1)，提出了一種可捕捉MPEAs中嚴(yán)重晶格畸變的分層多尺度方法來建模MPEAs，該方法連接了三個長度尺度(納米尺度、微觀尺度和中尺度)，為深入理解納米-微米-中尺度結(jié)構(gòu)相關(guān)的微尺度變形機(jī)制提供了新的思路，并為研究先進(jìn)MPEAs的多尺度微結(jié)構(gòu)調(diào)控相關(guān)的優(yōu)越力學(xué)性能提供了可能和途徑。
圖1：用分層多尺度建模方法估計晶體塑性本構(gòu)模型中的硬化參數(shù)。用MD、DDD和CPFE耦合模型預(yù)測了多晶材料在不同長度尺度下的力學(xué)響應(yīng)。
展開 多尺度晶體塑性模擬文章推薦
為解決這一問題，作者提出了一種并發(fā)多尺度建模方法：宏觀結(jié)構(gòu)層面采用顯式有限元模擬方管壓潰；每個積分點(diǎn)內(nèi)部嵌入一個由多個 FCC 晶粒組成的多晶聚集體；晶粒層面采用 Marin 晶體塑性模型描述滑移、硬化和晶格旋轉(zhuǎn)；最后通過 Taylor 型均勻化獲得積分點(diǎn)平均應(yīng)力。這樣，宏觀有限元計算不再只依賴經(jīng)驗塑性曲線，而是能夠?qū)崟r考慮晶粒取向和織構(gòu)演化對結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響。
文章中，作者首先通過單元模型分別施加拉伸、壓縮和簡單剪切，生成不同初始織構(gòu)；隨后將這些織構(gòu)賦予方管模型，并進(jìn)行軸向壓潰模擬。
結(jié)果表明，雖然不同織構(gòu)對整體折疊形貌的影響并不總是非常顯著，但對壓潰力–位移曲線、平均壓潰力和能量吸收能力具有明顯影響。尤其是在角部、水平鉸線和錐面等局部大塑性區(qū)域，晶粒取向會持續(xù)演化，形成不同的局部織構(gòu)模式。文章還指出，拉伸織構(gòu)和壓縮織構(gòu)在不同壓潰模式下表現(xiàn)出不同的吸能優(yōu)勢，這說明“材料制造歷史”并不是可以忽略的背景信息，而是可能影響結(jié)構(gòu)服役性能的重要因素。
這篇文章對我們的啟發(fā)在于：晶體塑性并不只能用于單晶拉伸、RVE 或微觀變形分析，也可以嵌入顯式動力學(xué)框架，用于研究真實(shí)工程結(jié)構(gòu)中的局部變形、吸能和織構(gòu)演化。對于高溫合金、鋁合金薄壁件、微尺度構(gòu)件等問題，如果材料存在明顯織構(gòu)或晶粒尺度效應(yīng)，將晶體塑性與結(jié)構(gòu)有限元耦合，能夠提供比傳統(tǒng)本構(gòu)更豐富的物理信息。
我們可以將我之前推文提到的umat-taylor模型轉(zhuǎn)化為vumat子程序，進(jìn)一步使用晶體塑性模型模擬大變形結(jié)構(gòu)尺度材料變形行為。案例展示如下：
初始模型參考文章的設(shè)置（上下兩層鋼板，中間為薄殼結(jié)構(gòu)）：
使用通用接觸，摩擦系數(shù)設(shè)置為0.5，共4000個單元，每個單元包含50個具有不同初始取向晶粒。共20萬晶粒。
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基于 ABAQUS 的多尺度有限元模型橋梁檢測與評估
因 此，對于大橋及特大橋橋梁檢測進(jìn)行理論計算分析時， 可采用本研究提出的多尺度模型進(jìn)行計算分析，既可提高計算精度，也可平衡計算時間成本。
參考文獻(xiàn)
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展開 ICME | Schr?dinger攜手Ansys實(shí)現(xiàn)多尺度仿真，以應(yīng)對材料至系統(tǒng)挑戰(zhàn)
樹脂屬性通過分層多尺度建模框架，向上傳遞至鋪層層級屬性，同時進(jìn)一步了解工藝引起的材料性能波動，以及關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)與屬性關(guān)系。最終，鋪層層級屬性被尺度傳遞到復(fù)合材料層合板屬性，并應(yīng)用于目標(biāo)物理系統(tǒng)。
設(shè)計仿真 | 復(fù)合材料多尺度仿真平臺- Digimat 線下培訓(xùn)
海克斯康工業(yè)軟件Digimat復(fù)合材料多尺度分析建模平臺能夠幫助用戶完成多種復(fù)合材料復(fù)雜工程分析，強(qiáng)度非線性失效分析、蠕變、疲勞、沖擊（考慮應(yīng)變率效應(yīng)）、NVH（頻率依賴）等，支持的復(fù)合材料類型包括：連續(xù)纖維（CFRP）、長&短纖維（SFRP）、纖維編織、針刺、晶須、顆粒、片層等增強(qiáng)相和包括樹脂基、金屬基、碳碳和陶瓷基在內(nèi)的多類基體材料。Digimat提供的軟件接口幾乎涵蓋所有主流有限元軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)耦合分析，大幅提高相關(guān)結(jié)構(gòu)的分析精度和能力。
現(xiàn)誠摯邀請您參加6月20、21日在上海舉辦的Digimat仿真分析線下培訓(xùn)。本次培訓(xùn)主要講解基于Digimat多尺度理論的SFRP結(jié)構(gòu)的力學(xué)聯(lián)合仿真分析。培訓(xùn)涉及Digimat多尺度材料建模理論、材料庫、基于樣件測試結(jié)果的材料逆向標(biāo)定、Digimat與模流軟件以及結(jié)構(gòu)有限元分析的接口以及基于Digimat RP 的注塑產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性能CAE分析流程及工程案例。
展開 LS-DYNA人工智能多尺度計算技術(shù)及其在注塑成型復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用
這項人工智能多尺度計算技術(shù)已經(jīng)在LS-DYNA R14中正式發(fā)布，本文將介紹該技術(shù)的基本原理及其在工程領(lǐng)域的應(yīng)用，主要包括：
短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在數(shù)值建模領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)；
如何使用基于機(jī)器學(xué)習(xí)的LS-DYNA仿真方法應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，以深度材料網(wǎng)絡(luò)DMN技術(shù)為基礎(chǔ)，通過汽車與電子行業(yè)的示例來演示這種新型LS-DYNA多尺度仿真方法的性能；
小結(jié)
背景介紹
近年來短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在汽車行業(yè)和電子行業(yè)得到了廣泛使用，由于這種材料可以提供卓越的材料屬性，如高強(qiáng)度重量比，使用注塑成型技術(shù)具有復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的大尺寸復(fù)合材料部件，也能以較高生產(chǎn)率完成生產(chǎn)。然而注塑成型復(fù)合材料部件的材料屬性具有位置相關(guān)性。在每個位置上，復(fù)合材料的機(jī)械屬性是非線性且各向異性的，因此使用傳統(tǒng)的數(shù)值模型為短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料部件建模極具挑戰(zhàn)性，這是由于傳統(tǒng)方法對于復(fù)合材料非線性分析的成本過高或不夠準(zhǔn)確。
此外，對于短纖維復(fù)合材料這類非線性且各向異性的材料，材料參數(shù)的校準(zhǔn)也始終是難題，針對具有某種特定纖維取向或纖維體積分?jǐn)?shù)的復(fù)合材料所校準(zhǔn)的材料常數(shù)，可能不適用于具有不同纖維取向或不同體積分?jǐn)?shù)的復(fù)合材料。另一方面，多尺度模型能在較小尺度的物理規(guī)律和較大尺度的材料行為間建立關(guān)聯(lián)，以捕獲材料微觀結(jié)構(gòu)對宏觀大尺度復(fù)合材料部件的影響，因此多尺度方法針對復(fù)合材料建模具有極大優(yōu)勢。
展開 【CAE案例】換熱器多尺度建模耦合
由于換熱器對熱量交換效率的要求，換熱器從流體進(jìn)口到交換區(qū)再到出口的尺度變化較大，圖一展示了一個常見換熱器的尺寸變化。在這種情況下，如果對換熱器進(jìn)行全計算流體力學(xué)（CFD）仿真，需要較大網(wǎng)格量才能保證網(wǎng)格質(zhì)量，這就使得CFD仿真變得復(fù)雜和昂貴。為了節(jié)約計算成本且保證計算準(zhǔn)確度，本案例提出了不同尺度區(qū)域分開建模再耦合的方法進(jìn)行CFD仿真，分區(qū)如圖2所示。
圖1 換熱器尺寸變化
圖2 換熱器尺度分區(qū)
02
模型建立
本案例選取了如圖所示的換熱器幾何模型作為研究對象，由于換熱器是對稱的，只需研究一半的換熱器。該模型的上表面為對稱面，模型包含6個熱通道和6.5個冷通道，通道之間由12個固體片隔開。熱流體的流動方向為x，冷流體的流動方向為-z。
圖3 換熱器幾何模型
首先對通道外的區(qū)域構(gòu)建流體仿真網(wǎng)格，通道內(nèi)區(qū)域?qū)挾确较蛴靡粚泳W(wǎng)格來模擬，得到整個通道的平均量。過渡區(qū)網(wǎng)格如下圖所示，模型共包含為3 000 000單元。
圖4 過渡區(qū)網(wǎng)格
對于通道內(nèi)的流體，我們構(gòu)建了一個元模型（Metamodel），建立了一個鏈接輸入和輸出的I/O近似模型。對單個通道單獨(dú)建模，使用多孔介質(zhì)模型模擬單個通道內(nèi)流體流動，多孔介質(zhì)的參數(shù)如圖2所示，得到通道內(nèi)流體溫度分布如圖5所示。同時得到了輸出參數(shù)Nu和Cf與輸入的關(guān)系。
展開 直播預(yù)告-汽車增強(qiáng)塑料結(jié)構(gòu)多尺度分析及輕量化仿真技術(shù)
Digimat作為一款復(fù)合材料多尺度分析平臺，提供了多尺度材料正&逆向建模、材料數(shù)據(jù)庫、工藝結(jié)果映射及結(jié)構(gòu)多尺度耦合分析、A-&B-許用值虛擬計算等眾多功能，為相關(guān)領(lǐng)域復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的精確分析和優(yōu)化提供了成熟的解決方案。
本次直播，將從多尺度理論展開，輔以真實(shí)客戶案例針對性闡述并演示汽車增強(qiáng)塑料結(jié)構(gòu)分析解決方案，分析常用的多尺度材料模型，歡迎預(yù)約報名！
1月19日 14:00
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玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料具有密度小、韌性高、成型快、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在汽車、電子電器等領(lǐng)域廣泛使用。玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料產(chǎn)品通常使用注塑工藝生產(chǎn)，玻纖取向在產(chǎn)品中的分布會存在差異，進(jìn)而影響產(chǎn)品的最終性能。為了準(zhǔn)確預(yù)測玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料產(chǎn)品的性能，需要在仿真分析中考慮工藝（如玻纖取向）的影響。
本案例為您詳解延鋒彼歐公司如何使用Digimat對復(fù)合材料尾門內(nèi)板的沖擊性能進(jìn)行分析應(yīng)用。基于海克斯康旗下的復(fù)合材料多尺度仿真軟件Digimat，用戶可以輕松創(chuàng)建復(fù)合材料材料卡片，將模流仿真分析結(jié)果映射到結(jié)構(gòu)有限元網(wǎng)格，從而實(shí)現(xiàn)玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的精確仿真。同時，注塑工藝中的熔接線也會使材料強(qiáng)度有顯著下降，因此在仿真中還需要考慮熔接線的影響。Digimat可將模流分析中的熔接線結(jié)果映射到結(jié)構(gòu)分析網(wǎng)格，以此計入熔接線對產(chǎn)品性能的影響。
復(fù)合材料力學(xué)性能測試
注塑玻纖復(fù)合材料尾門內(nèi)板使用的材料為PP-GF40。考慮三種玻纖取向的試驗樣件，即0°、45°、90°，進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗，結(jié)果如圖1所示。
圖1. 準(zhǔn)靜態(tài)條件下，不同玻纖取向的應(yīng)力-應(yīng)變曲線
為了最終預(yù)測沖擊響應(yīng)，還需要考慮材料的應(yīng)變率效應(yīng)。
展開 ABAQUS多尺度纖維增強(qiáng)混凝土二維建模
論文中建立的二維纖維增強(qiáng)混凝土模型包含粗骨料、砂漿、纖維、骨料與砂漿的界面過渡區(qū)、纖維與砂漿的界面過渡區(qū)在內(nèi)的多相材料，且混凝土砂漿中包含隨機(jī)分布的孔隙。
本案例中，采用CAD纖維混凝土2D V1.1插件在AutoCAD內(nèi)通過參數(shù)化建模建立骨料、纖維、孔隙及界面過渡區(qū)幾何圖形，各組分在CAD內(nèi)已分圖層，需要分別另存為dxf文件后再導(dǎo)入到ABAQUS。（注意本案例中纖維部件不包含界面過渡區(qū)）
在ABAQUS中將保存的圖形文件以草圖的形式分別導(dǎo)入。
利用草圖分別建立不同組分的模型部件。
將各部件賦值對應(yīng)的材料，并進(jìn)行裝配。
可對模型劃分網(wǎng)格，如論文中的三角形網(wǎng)格。
也可劃分四邊形網(wǎng)格。
插件具備設(shè)置多邊形邊數(shù)、粒徑、投放數(shù)量及離心率等功能，可實(shí)現(xiàn)多種形態(tài)的骨料模型。
也可在保證骨料及纖維分布不變的情況下，單獨(dú)調(diào)整孔隙分布，以研究孔隙率等變化對纖維增強(qiáng)混凝土性能的影響。
展開 
LS-DYNA人工智能多尺度計算技術(shù)及其在注塑成型復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用
這項人工智能多尺度計算技術(shù)已經(jīng)在LS-DYNA R14中正式發(fā)布，本文將介紹該技術(shù)的基本原理及其在工程領(lǐng)域的應(yīng)用，主要包括：
短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在數(shù)值建模領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)；
如何使用基于機(jī)器學(xué)習(xí)的LS-DYNA仿真方法應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，以深度材料網(wǎng)絡(luò)DMN技術(shù)為基礎(chǔ)，通過汽車與電子行業(yè)的示例來演示這種新型LS-DYNA多尺度仿真方法的性能；
小結(jié)
背景介紹
近年來短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在汽車行業(yè)和電子行業(yè)得到了廣泛使用，由于這種材料可以提供卓越的材料屬性，如高強(qiáng)度重量比，使用注塑成型技術(shù)具有復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的大尺寸復(fù)合材料部件，也能以較高生產(chǎn)率完成生產(chǎn)。然而注塑成型復(fù)合材料部件的材料屬性具有位置相關(guān)性。在每個位置上，復(fù)合材料的機(jī)械屬性是非線性且各向異性的，因此使用傳統(tǒng)的數(shù)值模型為短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料部件建模極具挑戰(zhàn)性，這是由于傳統(tǒng)方法對于復(fù)合材料非線性分析的成本過高或不夠準(zhǔn)確。
此外，對于短纖維復(fù)合材料這類非線性且各向異性的材料，材料參數(shù)的校準(zhǔn)也始終是難題，針對具有某種特定纖維取向或纖維體積分?jǐn)?shù)的復(fù)合材料所校準(zhǔn)的材料常數(shù)，可能不適用于具有不同纖維取向或不同體積分?jǐn)?shù)的復(fù)合材料。另一方面，多尺度模型能在較小尺度的物理規(guī)律和較大尺度的材料行為間建立關(guān)聯(lián)，以捕獲材料微觀結(jié)構(gòu)對宏觀大尺度復(fù)合材料部件的影響，因此多尺度方法針對復(fù)合材料建模具有極大優(yōu)勢。
展開 將超透鏡建模集成到多尺度光學(xué)系統(tǒng)仿真中（Frank Wyrowski教授）
除了理論概念的探討之外，本文章還將包含多個仿真和設(shè)計示例。在結(jié)束這段介紹時，我們希望強(qiáng)調(diào)，LightTrans International 在平面透鏡（包括超透鏡（metalenses））的重要性問題上保持中立立場。我們的使命是為您提供強(qiáng)大的軟件工具，使您能夠在工作中探索平面透鏡技術(shù)的意義和應(yīng)用。
圖1：幻燈片#6
第二章
多尺度的光學(xué)仿真
幻燈片 #9–10
超表面（Metasurfaces）利用具有高折射率的納米結(jié)構(gòu)（通常稱為meta-atoms或者metacells），排列在折射率較低的基底上。這一方法早已被提出 [2]，但近年來再次引起廣泛關(guān)注 [3]。如果希望對該領(lǐng)域有初步深入的了解，建議閱讀 Lalanne 和 Chavel 撰寫的綜述文章 [4]。此外，還推薦 Yang Fan 等人 撰寫的教程 [6]，其中包含大量補(bǔ)充參考資料。
幻燈片 #11–12
由于超表面（metasurfaces）由納米結(jié)構(gòu)組成，顯然幾何光學(xué)方法并不適用。相反，必須采用基于麥克斯韋方程組（Maxwell’s equations）的電磁場理論，即通常所稱的物理光學(xué)（physical optics）。因此，在透鏡系統(tǒng)中整合超透鏡（metalenses）或其他平面透鏡，與傳統(tǒng)透鏡曲面及其他光學(xué)元件結(jié)合，會形成一個多尺度系統(tǒng)（multiscale system）。這就需要一種跨尺度的光學(xué)建模方法，通常稱為多尺度光學(xué)仿真（multiscale optical simulation）。簡單來說，必須強(qiáng)調(diào)的是：多尺度仿真無法僅通過數(shù)據(jù)接口將多個光學(xué)軟件工具連接在一起實(shí)現(xiàn)。相反，它需要一個全面的策略，基于高階物理光學(xué)理論，為光學(xué)軟件提供堅實(shí)的理論基礎(chǔ)。對不同尺度的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行建模，需要在統(tǒng)一的物理光學(xué)框架內(nèi)集成多種不同的仿真模型。
展開 【CAE案例】事故工況下的多尺度燃料包殼研究
04 結(jié)論
本案例對RIS事故情況下的堆芯燃料包殼進(jìn)行了多尺度研究與建模。模型考慮的因素以及物理現(xiàn)象包括：材料的各向異性、包殼的紋理、輻照、氫化以及氧化。模型采用的Zmat定律經(jīng)過了多種試驗的檢驗，能夠體現(xiàn)真實(shí)RIS情況下的物理現(xiàn)象。模型同樣適用于更加復(fù)雜，如淬火情況下的力學(xué)計算，結(jié)果同樣真實(shí)可靠。
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這款國產(chǎn)軟件打破了國外壟斷 對我國先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)研制意義重大
清華大學(xué)材料學(xué)院教授、博導(dǎo)許慶彥帶領(lǐng)團(tuán)隊在國內(nèi)率先開展了航空發(fā)動機(jī)單晶高溫合金渦輪葉片建模與仿真系統(tǒng)的深入研究，研發(fā)了具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的單晶高溫合金定向凝固多尺度模擬軟件系統(tǒng)。項目對單晶高溫合金渦輪葉片定向凝固過程開展了宏觀、微觀多尺度耦合建模，并發(fā)明射線追蹤計算熱輻射的方法，解決了抽拉過程中熱輻射的大規(guī)模計算難題，提出了分層計算方法，克服了多尺度耦合時計算量巨大的難題；建立了拉速自動優(yōu)化模型，并提出自適應(yīng)抽拉技術(shù)；改進(jìn)了實(shí)際溫度場分布下晶粒競爭生長模型，提出了晶體取向模擬方法、螺旋選晶器結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計準(zhǔn)則和晶體取向控制方法。
項目成果已成功應(yīng)用于渦輪葉片的制造，是國內(nèi)航空發(fā)動機(jī)單晶渦輪葉片研制中首次應(yīng)用的國產(chǎn)軟件，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。（圖為單晶葉片定向凝固過程示意圖）
名詞解釋
單晶葉片
這是航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片的一種類型，通常是指由鎳基單晶高溫合金制備的、只由一個柱狀晶體構(gòu)成的鑄造葉片。鎳基單晶高溫合金是含有鎳、鋁、鈷、鉻、鉬、錸、鉭、鈦、鎢等多種元素并采用定向凝固和籽晶或選晶技術(shù)制造的具有單一柱狀晶組織的合金體。
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