多尺度復合材料仿真的案例
設計仿真 | 復合材料多尺度仿真平臺- Digimat 線下培訓
海克斯康工業軟件Digimat復合材料多尺度分析建模平臺能夠幫助用戶完成多種復合材料復雜工程分析，強度非線性失效分析、蠕變、疲勞、沖擊（考慮應變率效應）、NVH（頻率依賴）等，支持的復合材料類型包括：連續纖維（CFRP）、長&短纖維（SFRP）、纖維編織、針刺、晶須、顆粒、片層等增強相和包括樹脂基、金屬基、碳碳和陶瓷基在內的多類基體材料。Digimat提供的軟件接口幾乎涵蓋所有主流有限元軟件，能夠實現耦合分析，大幅提高相關結構的分析精度和能力。
現誠摯邀請您參加6月20、21日在上海舉辦的Digimat仿真分析線下培訓。本次培訓主要講解基于Digimat多尺度理論的SFRP結構的力學聯合仿真分析。培訓涉及Digimat多尺度材料建模理論、材料庫、基于樣件測試結果的材料逆向標定、Digimat與模流軟件以及結構有限元分析的接口以及基于Digimat RP 的注塑產品結構性能CAE分析流程及工程案例。
展開 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 線下培訓 | Digimat 復合材料多尺度分析 & Adams 剛柔耦合仿真
培訓目標：
? Digimat軟件功能和工程應用
? 多尺度分析理論以及Digimat的軟件功能實現（含案例操作）。基于上述培訓內容，讓學員建立起CFRP材料體系常用多尺度分析的能力，為相關領域的深入應用提供基礎。
培訓費用：培訓免費 席位有限 現場參加自備電腦
培訓咨詢：龔老師 17721013876
培訓報名：
掃碼立即報名
作為多體動力學分析軟件，Adams擁有廣泛的用戶群體。用戶使用虛擬樣機進行動力學分析，獲取動態載荷，實現多場耦合等，切實縮短產品研發周期，提升競爭力。Adams支持考慮部件的線彈性和非線性彈性，能夠研究部件線性和非線性變形對機械系統性能的影響，也能計算更準確的部件載荷，用于評價結構剛強度和疲勞壽命。Adams剛柔耦合分析功能最終為分析人員提供平衡機械系統強度、靈活性、成本和重量等設計因素的寶貴建議。
此次培訓介紹使用Adams引入結構線彈性柔性體和非線性柔性體，自動生成線彈性柔性體，建立幾何大變形非線性柔性體及Adams-Marc聯合模擬其它非線性柔性等。
培訓大綱：
培訓時間：9月12日-13日
培訓地點：上海閔行區華中路6號七寶德必易園A316室
培訓目標：
? 了解Adams引入柔性體的必要性；
? 掌握Adams引入柔性體的流程；
? 掌握Adams-Marc聯合仿真流程。
培訓費用：培訓免費 席位有限 現場參加自備電腦
培訓咨詢：湯經理 13795389328
培訓報名：
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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 
西南大學王明教授課題組Carbon綜述：多界面多尺度電磁屏蔽高分子復合材料的構建、屏蔽機理及研究展望
近年來，西南大學王明教授課題組在功能性粒子網絡構建和導電高分子復合材料多界面多層次結構調控方面取得了系列進展，并在較大程度上實現了電磁屏蔽性能的高效設計：（1）通過在復合材料中可控構建泡孔結構，在輕量化的同時提高復合材料的多界面散射損耗，提高復合材料的電磁屏蔽性能[Chemical Engineering Journal, 2020, 393, 124805]，并研究了復合材料電磁屏蔽性能的溫度和應力變化規律[Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2021, 140, 106188]；（2）研究了填料粒子網絡對復合材料電磁屏蔽效能的影響，發現了復合材料電磁屏蔽效能與填料粒子濃度的關系和電磁屏蔽效能的愈滲行為[Composites Science and Technology, 2019, 170, 70-76]，并通過調控導電粒子分布來調控復合材料電磁屏蔽性能[Applied Surface Science, 2020, 508, 145178]；（3）通過模板法在高分子基體內構建均勻分布的大尺度銀納米片，利用大尺度銀納米片的界面效應，提高了復合材料的電磁屏蔽性能 [Composites Part B: Engineering, 2019, 171, 204-213]，通過界面金屬化，提高界面的電磁波能量耗散，提高復合材料的電磁屏蔽性能[Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2020, 139, 106116.]；（4）利用在聚合物基體中受限分布策略，高效構筑了功能性粒子網絡，實現復合材料的高效電磁屏蔽性能[Composites Part B:Engineering, 2020, 196, 108121]；（5）通過研究相形態結構對復合材料電磁屏蔽性能的影響
展開 LS-DYNA人工智能多尺度計算技術及其在注塑成型復合材料領域的應用
在多尺度材料設計和分析方面，LS-DYNA軟件提供了RVE建模功能，其思路是數值化地重構材料樣本，這些數值化的材料樣本模型可以非常準確地代表真實材料的微觀幾何結構，我們將其稱為代表性體積單元，簡稱RVE。以纖維增強復合材料為例，如果我們知道纖維取向和體積分數的具體數值，并且可以分別測量出纖維和基體的材料屬性，那么就能為這種短纖維增強復合材料，構建對應的RVE數值模型，然后對該RVE模型開展有限元計算，以預測均質化的復合材料宏觀屬性。上圖展示了用于RVE分析的LS-DYNA關鍵字，RVE分析功能對復合材料，在材料層面上的虛擬設計和測試非常有用。
現在如果考慮更高層面，不僅是在材料樣本層面而是著眼于大尺度的復合材料部件，若要對復合材料部件開展非常準確的結構分析，那么可以考慮使用高精度的多尺度結構分析方法。多尺度結構分析方法的基本思路是，首先用有限元離散化全局的復合材料部件，然后將每個有限元分別耦合到與其局部材料微觀結構相對應的RVE模型，同時對這些RVE模型也用有限元方法進行離散化。因而在動態仿真中的每一個時間步，都可以根據纖維和基體的屬性對RVE模型開展局部有限元分析。
在RVE分析中，根據從全局有限元計算獲得的宏觀應變，預測均質化的復合材料宏觀應力和宏觀材料剛度，計算出復合材料的宏觀應力后，可以繼續完成復合材料部件的全局有限元計算，然后預測整體部件在下一個時間步內產生的結構變形，通過這種多尺度仿真能完全避免，因采用傳統的復合材料本構關系所引起的模型誤差。
因此理論來說，前文所描述的多尺度結構分析方法能實現非常高的預測精度。然而在實際中，對于大型結構而言這類高保真的多尺度結構分析仿真成本過高，對于這里顯示的模型即使采用并行計算，也需要花費一個多月的時間。
展開 LS-DYNA人工智能多尺度計算技術及其在注塑成型復合材料領域的應用
在多尺度材料設計和分析方面，LS-DYNA軟件提供了RVE建模功能，其思路是數值化地重構材料樣本，這些數值化的材料樣本模型可以非常準確地代表真實材料的微觀幾何結構，我們將其稱為代表性體積單元，簡稱RVE。以纖維增強復合材料為例，如果我們知道纖維取向和體積分數的具體數值，并且可以分別測量出纖維和基體的材料屬性，那么就能為這種短纖維增強復合材料，構建對應的RVE數值模型，然后對該RVE模型開展有限元計算，以預測均質化的復合材料宏觀屬性。上圖展示了用于RVE分析的LS-DYNA關鍵字，RVE分析功能對復合材料，在材料層面上的虛擬設計和測試非常有用。
現在如果考慮更高層面，不僅是在材料樣本層面而是著眼于大尺度的復合材料部件，若要對復合材料部件開展非常準確的結構分析，那么可以考慮使用高精度的多尺度結構分析方法。多尺度結構分析方法的基本思路是，首先用有限元離散化全局的復合材料部件，然后將每個有限元分別耦合到與其局部材料微觀結構相對應的RVE模型，同時對這些RVE模型也用有限元方法進行離散化。因而在動態仿真中的每一個時間步，都可以根據纖維和基體的屬性對RVE模型開展局部有限元分析。
在RVE分析中，根據從全局有限元計算獲得的宏觀應變，預測均質化的復合材料宏觀應力和宏觀材料剛度，計算出復合材料的宏觀應力后，可以繼續完成復合材料部件的全局有限元計算，然后預測整體部件在下一個時間步內產生的結構變形，通過這種多尺度仿真能完全避免，因采用傳統的復合材料本構關系所引起的模型誤差。
因此理論來說，前文所描述的多尺度結構分析方法能實現非常高的預測精度。然而在實際中，對于大型結構而言這類高保真的多尺度結構分析仿真成本過高，對于這里顯示的模型即使采用并行計算，也需要花費一個多月的時間。
展開 ICME | Schr?dinger攜手Ansys實現多尺度仿真，以應對材料至系統挑戰
鑒于材料種類繁多且工況復雜，材料數據管理平臺對于大型組織和行業/學術聯盟而言至關重要。在用于物理系統中材料性能的虛擬驗證與確認所需的平臺和解決方案方面，所有新興需求都需要行業、學術界和國家實驗室之間的廣泛合作。
基于這一將ICME作為主要驅動因素的愿景，Schr?dinger和Ansys建立了合作伙伴關系，以應對材料至系統的挑戰。三十多年來，Schr?dinger一直在為預測性材料發現、優化及材料分析提供解決方案。組合后的產品組合與集成，將推動ICME愿景在新一代電池、消費類產品、電子產品以及交通運輸等各技術領域更快落地。對于行業而言，這一合作將有可能帶來諸多變革性成果，包括可持續材料驅動的產品、對大量不同材料進行篩選、預測材料在使用條件下的性能，以及材料至產品的循環等。
作為此次共同合作價值的初步展示，Ansys和Schr?dinger針對纖維增強復合材料的預測性能開發了一款解決方案，廣泛應用于航空航天與國防、汽車以及能源公司。該研究展示了聚合物樹脂在不同條件下的預測性材料篩選和選擇。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，同時進一步了解工藝引起的材料性能波動，以及關鍵的結構與屬性關系。最終，鋪層層級屬性被尺度傳遞到復合材料層合板屬性，并應用于目標物理系統。
展開 復合材料仿真分析之路還要走多遠？
(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 轉載，ABAQUS復合材料仿真到底有多強
復合材料具有制造工藝簡單、重量輕、比強度高、比剛度大、耐腐蝕等特點，因而其在航空航天、汽車、船舶等領域，都有著廣泛的應用。復合材料的大量應用對分析技術提出新的挑戰。
Abaqus針對復合材料的應用有許多獨特的優勢，包括前后處理建模、靜強度分析（包括穩定性分析）、熱分析、碰撞分析、失效分析、以及斷裂分析等。
一、 復合材料固化成型
復合材料熱固化的過程，可以認為是復合材料預浸料經歷一系列溫度變化的熱固耦合過程。典型的溫度變化過程為：由室溫升溫30分鐘到185℃，保持1個小時，繼續升溫到195℃，保持2個小時，然后降溫到70℃以下。整個過程可以采用熱固耦合分析，由于基體材料和纖維增強材料的熱膨脹系數不一樣，一系列的溫度變化導致熱應力產生，致使結構發生翹曲變形。
下圖表示的是采用Abaqus中的熱固耦合功能分析某復合材料結構在熱固化后結構發生變形。
二、 復合材料后屈曲行為模擬
許多情況下復合材料層合板的屈曲以及后屈曲行為是要重點考慮的。Abaqus/Standard中Buckling和Riks分析步能夠很好的模擬屈曲行為。
三、 Abaqus中復合材料的失效準則和損傷模型
Abaqus中的復合材料失效準則主要有：
ü MSTRS 最大應力理論失效準則
ü TSAIH Tsai-Hill理論失效準則
ü TSAIW Tsai-Wu理論失效準則
ü AZZIT Azzi-Tsai-Hill理論失效準則
ü MSTRIN 最大應變理論失效準則
四、 Abaqus中復合材料分層破壞的模擬
復合材料的分層破壞是很嚴重的失效形式。如何有效的模擬復合材料的分層破壞，是很重要的問題。
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展開 中科大俞書宏NSR：受生物啟發的微納米尺度纖維增強復合材料
【內容提要】
《國家科學評論》在線發表了中科大俞書宏教授課題組的最新研究成果：
Biomimetic Twisted Plywood Structural materials
https://doi.org/10.1093/nsr/nwy080
該文章提出一種自下而上的基于刷涂和層壓相結合的高效組裝策略，利用生物相容性的微納米纖維和天然高分子作為構筑組分，首次成功制備出具有仿生螺旋膠合板結構的三維體型人工結構材料。
神奇的自然界經過上億年的演化，孕育出千奇百態的生物材料，它們或作為生物體骨架，或作為防御或進攻武器。這些自然結構材料雖然來源于相對單一和脆弱的天然組分，但憑借其高度有序的多尺度微納結構和精巧的界面設計，往往表現出超乎尋常的機械性能，因此，一直都是材料科學領域研究人員積極探索和模仿的對象。
通過微觀結構觀察可以發現，包括魚鱗、蟹鉗和骨骼等在內的許多生物材料均具有由微納米纖維多級次高度有序排布的螺旋膠合板結構。它們是結構精密的天然纖維增強復合材料，并且往往具有工程結構材料迫切需要卻難以獲得的優異損傷容忍能力。因此，以微納米纖維為結構單元，全面模仿此類多尺度分級自然結構，將有望制備出可取代現有工程結構材料的高性能新型人工結構材料。然而，由于當前缺乏納米材料組裝技術特別是一維微納米結構單元宏觀有序的組裝手段，模仿制備此類自然纖維增強結構材料一直是一個重大挑戰。
展開 投影物鏡設計難點多？OAS跨尺度仿真精準實現
性能優化
通過 OAS 專項功能針對性解決投影物鏡傳統設計痛點：針對多組透鏡引發的像差耦合問題，啟用軟件像差自動校正與多配置優化算法，結合 MTF、點列圖、波前圖等專業像質評估工具，優化透鏡材質組合與面形參數，實現球差、色差的精準校正，顯著提升邊緣視場成像清晰度；
針對系統內鬼像、散射等雜散光干擾，利用雜散光分析模塊識別光學表面反射、支架散射等干擾源，優化透鏡增透膜層設計并增設遮光結構，有效降低雜散光對成像對比度的影響；針對高數值孔徑設計下的波動光學效應，通過 OAS 波動光學模塊實現偏振光線追跡與電場振幅、相位分析，精準模擬亞波長衍射效應，保障高分辨率成像需求。
投影物鏡
惠更斯PSF
波前圖
點列圖
總結
本案例通過 OAS 光學軟件的跨尺度仿真、光機一體化建模及多目標優化功能，成功突破投影物鏡傳統設計的技術瓶頸，實現了像差精準校正、雜散光有效控制與光學性能的綜合提升。相較于傳統設計流程，OAS 的高精度虛擬仿真能力大幅縮短了投影物鏡的研發迭代周期，降低了物理原型制作成本，驗證了方案的可靠性與實用性。該方案為光刻、投影顯示等領域的投影物鏡高精度設計提供了高效的技術支撐，助力高端光學成像系統的研發升級。
展開 西工大《JMST》綜述：極端高溫環境用微/納米多尺度強韌化材料
全文速覽
碳纖維增強碳基復合材料（C/C）由于其優異的性能，在航空航天和核能領域有著廣泛的應用前景。然而，C/C非常容易氧化失效。硅基及其超高溫陶瓷（UHTC）基體改性與涂層技術雖然能有效地提高C/C的抗氧化/抗燒蝕性能，但由于陶瓷固有的脆性、涂層與C/C基體的不匹配等問題，難以滿足越來越嚴苛的實際應用需求。為有效地解決上述問題，近二十年來，人們針對C/C基體及其涂層提出了微/納米多尺度增強新思路，以制備兼具高強度和優異高溫穩定性的碳基復合材料。本文系統地綜述了納米顆粒、納米線、碳納米管/纖維、晶須、石墨烯、陶瓷纖維和雜化微/納米結構等微/納多尺度強韌化研究的最新進展，以期實現長時有效耐超高溫氧化/燒蝕的碳基復合材料。最后，對研發具有優異綜合熱機械性能的碳基復合材料的面臨的主要問題、挑戰和未來的研究方向進行了展望。希望這篇綜述能夠引起相關領域的廣泛關注，共同推進學科與產業的優效發展。
本文亮點
本文綜述了近年來主要的單一及雜化微/納米多尺度增韌C/C及其涂層的研究進展。
微/納多尺度增強體，特別是陶瓷納米線、晶須和碳納米管應用于C/C或涂層中，可以通過減少裂紋的數量和尺寸，防止裂紋的擴展，提高涂層和C/C基體的韌性，從而大大改善其抗氧化性、熱沖擊性和韌性，在不降低致密性的前提下，提高了C/C的抗燒蝕性能。
展開 