材料建模與仿真的案例
Digimat多尺度建模技術體系研究：復合材料仿真前沿進展
軟件概述與技術架構
Digimat是由e-Xstream engineering（現歸屬Hexagon Manufacturing Intelligence）開發的專業復合材料多尺度建模與仿真平臺。作為當前復合材料仿真領域的標桿軟件，Digimat采用獨特的多尺度方法學框架，實現了從微觀纖維/基體界面到宏觀結構性能的跨尺度預測。
核心技術特點：
l 材料-工藝-性能一體化建模：集成材料數據庫包含500+種常見增強纖維和樹脂基體；
l 多物理場耦合能力：支持力學-熱學-電學耦合分析；
l 工業接口豐富：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，精確預測復合材料的局部應力/應變場。
展開 【9月18-21日 北京】復合材料與Composites Modeler for Abaqus建模
本研修班課程設置主要分為三個部分：第一部分包括Abaqus復合材料建模的基本概念與基本分析方法，通過此部分的學習，學員可以快速掌握復合材料建模、鋪層、分析、后處理等力學基本概念與仿真操作方法；第二部分主要對工程中遇到的問題進行專題講解，包括夾層復合材料、增強復合材料，復合材料損傷、沖擊、疲勞等力學工況的分析；第三部分為Abaqus高級應用，專題針對CMA 插件進行講解，主要側重建模思路與基本方法，將復合材料設計、仿真、制造有機地結合在一起，讓學員學有所用，對復合材料建模與仿真有系統的理解。
二、時間及地點
2019年9月18日-9月21日 北京
（第一天報到，授課3天）
三、主講專家
該講師， 北京大學力學博士，主要研究方向為復合材料力學、生物力學、非線性基礎力學，具有多年仿真經驗，仿真領域涉及復合材料力學理論與數值仿真、生物力學重建與流固耦合分析，承擔或參與國家重大科研項目3項，發表SCI論文6篇，申請專利3項。
四、增值服務
1、贈送定制U盤一個；
2、同一單位2人報名享受9折優惠；同一單位3人以上（含）報名享受8.5折優惠；
3、課程結束后關注公眾號可領取該課程課件、配套CAE模型及相關學習資料；
參訓學員或企業針對課程相關問題在課程結束后也可以得到老師的解答與指導（郵件、微信、電話），作為講授的補充。
五、內容大綱
六、培訓費用
1、標準費用：3980 元/人，食宿可統一安排，費用自理。
展開 Abaqus纖維復合材料蜂窩板落錘沖擊仿真模型
內插0厚度cohesive單元以模擬分層
模擬過程采用puck子程序，有錄制整個建模操作視頻，可贈送復合材料層合板快速建模插件及蜂窩建模插件!
cae ￥20
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Abaqus纖維復合材料蜂窩板落錘沖擊仿真模型!
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內插0厚度cohesive單元以模擬分層
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模擬過程采用puck子程序，有錄制整個建模操作視頻，可贈送復合材料層合板快速建模插件及蜂窩建模插件!
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cae,inp文件及ODB文件，操作視頻(注意：并未含puck子程序，僅作學習參考)
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展開 一種基于PLY復合材料鋪層快速建模方法 ￥50
背景：
復合材料是由性質不同的增強相和機體組合而成的一種材料，在復合材料制造過程中，往往需要對復合材料結構件進行剛度、強度等計算，從而根據仿真結果修正結構設計。碳纖維復合材料鋪層建模是仿真重點，現有的碳纖維復合材料鋪層建模方法為：對結構件的三維模型抽取中面，對中面劃分2D網格，基于網格定義鋪疊方向和材料方向，按照鋪層設計進行層合板建模，其中基于ply建模方法需要人工的方式逐層定義鋪層區域，材料以及鋪層方向，最終得到有限元模型。需要在創建中定義形狀，有多少實際的物理單層，即要建立多少不同的ply，現有建模方法不僅需要耗費大量的人力，而且建模過程時間長，建模效率低下，容易產生錯誤。
本文提供一種有限元建模方法，用以解決現有鋪層建模方法需要耗費大量的人力，建模過程用時長，建模效率低下的問題。
展開 
WoundSim2020復合材料神器，能聯合abaqus完成各種復合材料的建模仿真 ￥599
就像WCM插件一樣，生成的Abaqus模型可以直接運行，其中包括：
圖層幾何和分區
清潔儲層網格生成
變換后的材料特性
根據垃圾箱分配的部分
模擬以驗證所有要求的儲層需求：
靜態和動態爆破壓力
熱膨脹
動態跌落測試和影響
循環和疲勞評估
ABAQUS結果
WoundSIM具有先進的材料特性，可以進行先進的后處理和復合材料層故障預測。
預編譯的用戶子例程可訪問高級輸出，例如
繞組角度，纖維和基體應力和應變，損傷參數和復合材料襯板界面損傷。
WoundSIM到Abaqus的界面提供了許多無縫的后處理功能，例如專用的路徑繪制和輪廓繪制工具，就像WCM插件中包含的那樣。
參數COPV建模
WoundSIM提供了高級工程功能和集成算法，從而為復合材料仿真設計人員和模擬工程師提供了多種功能。
下面列出了其中一些功能：
參數化設計能力
實驗設計
批處理
儲層幾何靈活性研究
與其他軟件插件的相關性
高級模型關聯
后處理高級圖像處理
展開 COMSOL和Matlab聯合仿真之復合材料填充建模
在基底材料中添加填料制成的復合材料，被用在絕緣材料改良性能機械防腐蝕性能、導熱材料提高導熱性能等應用場合。在絕緣材料中，根據不同需要向聚合物基體添加的填料可以是補強劑、惰性填充劑、阻燃劑、防老劑及其它特殊用途填料。在提高上述性能的同時，也要保證足夠的絕緣性能。在導熱材料中，用于芯片散熱的硅脂是經典的復合導熱材料用途之一。
對這些復合材料性能的仿真研究中，需要建立隨機填料幾何模型。在COMSOL中，如果要建立大量隨機部件，直接在軟件中建模是很不方便的。
這種情況，適合采用程序化建模。具體的方法有：
1、方法或插件
3、java接口
4、matlab接口（comsol with matlab）
（上圖是采用方法實現的隨機幾何建模）
其中，matlab接口是最靈活的，可以利用matlab內置的函數，使得開發更簡單，并能開發出具有更復雜需求代碼。
COMSOL軟件提供了使用matlab建模仿真的API（COMSOL with MATLAB），可以通過編寫matlab腳本，自動構建各種隨機模型：
填料的材料可以是一種，也可以是多種；填料的形狀可以是一種，也可以是多種（球形、圓柱形、長方體等）。
上述模型是填料都在計算域內部的，也可以制作填料被邊界截斷的模型：
程序隨機填料，可以保證填料顆粒間不相交，填料的尺寸可以是相同的、等概率隨機分布、正態隨機分布等。計算域除了可以是上述模型中的長方體，也可以是圓柱體、球體等。
另外，可以代碼可以自動完成材料的設置、邊界條件的設置：
方便進行復合材料的力學性能、等效電導率、等效導熱系數等：
可以批量生成模型，計算不同填料填充率時，復合材料的物理性能：
對于這些復合材料的仿真研究，既可以研究填充率的影響，也可以研究填料尺寸的影響、長寬比比較大的材料取向的影響等。
展開 Digimat材料建模和仿真平臺助力椎間盤替代物的開發
脊骨植入物公司 Medicrea采用材料建模軟件來預測材料的性能
e-Xstream engineering（MSC 軟件公司的子公司及Digimat的軟件開發商，Digimat是一種用于復合材料及結構微結構建模的領先非線性多尺度材料和結構建模平臺）日前宣布， 新興的脊椎植入物領域領先創新企業之一采用了 Digimat來預測椎間盤替代物的性能。
Digimat 助力歐洲矯形產品公司 Medicrea 開發纖維增強塑料復合材料脊椎植入物，以替代受傷或受損的人類脊椎骨。與處理金屬等所有材料的大多數仿真軟件解決方案不同的是，Digimat 具有微結構材料仿真能力，可以在計算性能時將復合材料的可變性因素考慮在內。它采用有限元分析求解器和模流分析數據，以調整整個脊骨植入物每一處的材料剛度。
與之前的仿真解決方案相比，Digimat能夠讓 Medicrea 工程師對植入物性能做出更加準確的預測。之前的解決方案將植入物的硬度過高預測了差不多 170%，而 Digimat 材料模型與實物試驗結果幾乎完全匹配。
“Digimat 仿真能夠優化植入物的生產過程和力學性能，” Medicrea的研發經理 Thomas Mosnier說。“這種仿真可減少大量已規劃外延產品的開發流程。”
復合材料植入物是相對新穎的創新技術。在很多情況下，它們已經替代了金屬椎間盤的置換物，這種椎骨更難以植入，并且無法提供與復合材料同等的靈活性。
但是，與金屬相比，預測復合材料的長期性能要困難得多，這是由于復合材料的表現會隨著植入物的形狀和制造方法而有著顯著差異。形狀和制造方法會改變復合材料纖維的分布，有可能無意中增加或降低剛度，從而影響植入物的性能。比較而言，金屬在整個部件形狀中的剛度很均勻。
展開 Digimat：復合材料多尺度建模的創新力量
在當今追求高性能與可持續發展的工業領域，復合材料正成為越來越多行業的首選材料。其卓越的比強度、比模量、耐腐蝕性和高度可設計性，使其在航空航天、汽車制造、電子設備等行業中逐漸取代傳統金屬材料。然而，傳統的復合材料分析方法難以準確捕捉材料微觀結構對宏觀性能的影響，導致設計中不得不引入較大安全系數，既增加成本又限制材料性能發揮。但現在，一款名為 Digimat 的軟件徹底改變了這一局面。
Digimat 是由 e-Xstream engineering（現歸屬 Hexagon Manufacturing Intelligence）開發的專業復合材料多尺度建模與仿真平臺。它采用獨特的多尺度方法學框架，實現了從微觀纖維 / 基體界面到宏觀結構性能的跨尺度預測。其強大功能體現在多個方面。
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，能夠精確預測復合材料的局部應力 / 應變場。以碳纖維 / 環氧樹脂體系為例，該模塊展現出極高的建模精度。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 PP 的注塑案例中，其預測纖維取向分布與 CT 掃描結果相關性達 0.91，翹曲變形預測精度比傳統方法提高 40%，計算時間比同類軟件縮短 30%（相同硬件配置）。
Digimat 在行業應用中成果顯著。在航空航天領域，某型無人機機翼設計借助 Digimat，成功減重 15% 的同時保持等效剛度，開發周期縮短 6 個月，物理試驗次數減少 60%。在汽車輕量化方面，某電動車電池包殼體項目使用 Digimat 后，最大應力降低 14.3%，生產成本降低 20% 。
展開 Digimat復合材料建模平臺與Abaqus的聯合使用
6.DIGIMAT-MICROSS
DIGIMAT-MICROSS通過微機械材料模型，快速而高效地實現蜂窩夾芯結構的設計。此模塊專為蜂窩結構而設計，可以滿足風機葉片、機翼等夾芯結構的快速設計。
其中MF和FE模塊是我們所關心的，因此在本課程中會對這兩個模塊著重進行講解，
通過對Digimat與ABAQUS的聯合使用，希望能夠帶大家掌握Digimat前處理建模實例與ABAQUS的計算求解后處理的小尺度下的復合材料分析全流程。本課程暫定分為以下7個章節：
1.Digimat簡單概述
2.二維混凝土（骨料相+砂漿相+纖維相）
3.三維混凝土（骨料相+砂漿相+纖維相）
4.三維編織復合材料（纖維相+基體相）
5三維細觀復合材料FRP（層內纖維取向相同）
6.三維泡沫金屬材料（孔洞+基體相）
7.Abaqus細觀復合材料仿真實例
課程鏈接：
https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c17260
最后，有相關需求歡迎通過微信公眾號聯系我們。
微信公眾號：320科技工作室。
展開 普渡大學領導的團隊開發“復合材料虛擬制造中心”軟件為供應商提供先進建模和仿真能力
利用云計算以及通過普通瀏覽器即可訪問的“復合材料虛擬制造中心”，即可克服目前的障礙。具有諷刺意味的是，比起總承包商來說，原始設備制造商們可能是從建模與仿真工具中受益最多的，這更有助于幫助主機制造商達到他們迫切尋求的高生產率。
這正是軟件供應商滿足中小企業需求的巨大機遇。中小型企業面臨著政府或總承包商的全面數字化的強制要求，因此它們對于能夠保持自身競爭力、為用戶提供所需服務的技術持高度開放態度。
在尋求創新生產制造流程的過程中，共享全面的數字孿生建模仿真產品，能夠為供應鏈提供強有力的支持，并加速航空領域先進復合材料的制造。就像雇主有義務確保其員工能夠利用工具保證工作效率一樣，軟件供應商與原始設備制造商有責任通過有力的推廣措施，確保中小型企業供應商能夠得到和使用建模與仿真工具軟件，滿足他們在這個移動互聯時代所提出的工作要求。
（航空工業發展中心 陳濟桁）
展開 磁學國家重點實驗室的計算利器---高速計算設備硬件配置推薦
磁學國家重點實驗室主要研究磁性材料、磁性器件和磁性現象的基礎和應用。以下是一些可能的研究項目和相關軟件工具的示例：
磁性材料研究：
研究新型磁性材料的合成、結構和磁性質。
使用軟件工具如VASP、Quantum ESPRESSO、CASTEP等進行磁性材料的第一性原理計算和模擬。
磁性器件設計和優化：
設計和優化磁性器件，如磁傳感器、磁存儲器等。
使用軟件工具如ANSYS Maxwell、COMSOL Multiphysics等進行磁場仿真和優化。
磁性現象研究：
研究磁性現象，如磁疇結構、磁相變、磁動力學等。
使用軟件工具如OOMMF、Magpar、MuMax3等進行磁性現象的模擬和仿真。
磁性材料應用：
研究磁性材料在磁存儲、磁傳感、磁醫學等領域的應用。
使用軟件工具如Mathematica、MATLAB等進行數據分析和建模。
OOMMF計算特點
OOMMF（Object Oriented Micromagnetic Framework）是用于磁性材料建模和仿真的軟件工具，其主要算法是基于有限元方法（Finite Element Method）和宏觀磁學模型。以下是關于OOMMF的一些常見信息：
計算方式：OOMMF通常是基于CPU進行計算的，支持單核計算或多核計算。它可以利用多核處理器提高仿真的速度和效率。
顯卡圖形要求：OOMMF并不涉及對顯卡圖形的特殊要求，因為它主要使用CPU進行計算。
內存容量要求：具體的內存容量要求取決于模型的復雜度和計算規模。對于大型模型和復雜的仿真，較大的內存容量可能有助于提高仿真的效率和穩定性。
硬盤IO要求：OOMMF在計算過程中會產生大量的數據文件，因此具有較快的硬盤I/O速度可以提高仿真的效率。
展開 
直播課程 | 電子設計與工程仿真解決方案--結構、熱、材料、噪聲等
您是否正需要打造一套全面的CAE仿真方法，
來改進電子產品的
設計生產流程？
更高的成本效益
- 與傳統系統相比，可節省高達30% 的成本
更快、更靈活、更高效，推動更多創新
- 材料建模仿真，比傳統系統快 12 倍，成本更低
- 仿真建模過程改進 90%
- 整體熱/流體仿真生產率提高，速度提高高達50%，手動流程減少 80%
- 流體仿真解決方案的可擴展性，可解決十億網格問題，而不是數百萬個網格單元
更精確和保真度
- 超高精度，0.3μl/1000 μm，具有一些要求最苛刻的內部和外部幾何、材料和表面
- 提高仿真精度，將仿真結果與實驗結果之間的差值降低 120%
提高生產能力
- 將制造業生產能力提高30%，并能夠持續提高
以上預期，MSC幫您實現！
展開 設計仿真 | 海克斯康受邀參加2023第三屆中國汽車輕量化材料開發者峰會
在工業軟件領域，海克斯康完善的CAE 工程和仿真技術涵蓋線性以及非線性有限元分析、材料高級建模分析、聲學分析、流固耦合分析、多物理場分析、優化分析、疲勞與耐久分析、多體動力學分析、控制分析以及生產流程仿真分析，并被廣泛應用于幾乎所有行業，從汽車到機械、能源、基礎設施、消費品和醫療器械。可以為汽車材料輕量化提供專業性的解決方案。
準確預測應力和裂縫傳播，復合材料仿真軟件助力3D打印釋放工業再設計潛力
許多涉及復合材料3D打印的公司都在努力確定其3D打印部件的行為方式。借助Fortify打印分析軟件和Fluxprint打印功能以及MultiMech將作為一種工具，為具有優化纖維取向的復合材料零件的閉環迭代設計提供所需的反饋。MultiMech與Fortify的合作將使用戶能夠優化復合材料零件的設計和增材制造，以適應特定的應用。仿真技術將推動復合材料3D打印的發展，促進該技術在工業無人機和塑料零部件制造領域的應用。
MultiMechanics和Fortify計劃在Fortify 3D打印機中集成MultiMech API。然后，Fortify的用戶可以使用MultiMech的仿真功能，使工程師可以完全控制3D打印過程，從設計和測試到最終生產。Fortify的3D打印硬件和MultiMechanics的虛擬仿真技術相互結合，將減少設計限制，協助用戶創造真正優化的復合材料3D打印零部件。
我們身處在一個充滿可能性的世界，或許有一天復合材料將更多程度的替代金屬材料，包括我們所熟知的易格斯，這家專注于高性能塑料的公司，就正在通過3D打印來提供鏈輪以實現電動自行車的靜音騎行。
根據3D科學谷的市場觀察，3D打印復合材料，不僅可以為塑料帶來最佳的機械性能，還可以帶來熱傳導性能、和導電性能等……
而在傳統制造業中，為了生產一個復合功能的部件，先制造不同材料制成的產品，然后通過組裝或粘合劑的方法把這些零件結合在一起。這個過程需要多個模具來實現，并且組裝的過程也容易出現精度跑偏的問題。
除了正文提到的MultiMechanics對復合材料的建模仿真能力，在復合材料的建模方面，之前，麻省理工還開發了Foundry軟件，軟件的核心功能是“商圖”（Operator graph)，這其中包括了100多種定義方法（或微調的動作）。
展開 Abaqus復合材料殼單元建模—姊妹篇1：常規建模step-by-step
采用商業有限元軟件Abaqus進行復合材料結構建模時，一般有兩種建模方法：常規建模方法和Composite layup快速建模方法，主要差異在創建屬性、賦屬性和指定鋪層坐標系方面，常規建模方法和一般商業軟件類似，將創建材料、創建屬性、賦屬性和指定鋪層坐標系四個步驟分離，通用性較強，尤其是對于包含UMAT/VUMAT子程序開發的復合材料分析模型或者是三維實體單元顯式動力學分析模型，僅支持該類建模方法；Composite layup快速建模方法將創建屬性、賦屬性和指定鋪層坐標系三部分內容集成在一起，可一次性完成設置，效率較高。本文先從最基本的常規建模方法講起。
一般對于大尺寸復合材料結構，跨厚度比例大，滿足板殼理論的假設，采用殼單元就能獲得高的求解精度。殼單元計算效率高，結合二維損傷起始判據判據（Hashin, Tsai-W, Maxe, Maxs等）可以預測結構的危險區域和危險程度，另外，Abaqus自身還內嵌了二維Hashin的漸進損傷分析模型，采用Hashin失效判據去判斷損傷起始，損傷起始以后采用基于能量演化的連續退化準則對材料剛度進行退化。
Abaqus中常用的殼單元類型有S4、S4R、S8R等。以下介紹復合材料開孔板殼單元模型的建模步驟。
第1步：繪制幾何
在Part模塊下繪制幾何，幾何類型為3D-Deformable- Shell，草圖如下：
繪制完草圖后，退出草圖，得到開孔板的幾何模型，如下：
第2步：創建材料
與復合材料殼單元對應的是2D材料模型Lamina，將視圖切換至Property模塊，點擊創建材料按鈕，在跳出窗口中選擇Mechanical→Elasticity→Elastic選項，在材料類型下拉框中選擇Lamina，如下圖所示。
展開 