自動復合材料技術的案例
NIAR在增材制造材料和自動復合材料技術方面取得進步
ASTM國際組織和四個創始合作伙伴最近成立了該中心，以支持研發，推動增材制造標準的發展，從而推動尖端增材制造技術的商業化。
“憑借其優勢，NIAR將致力于對增材制造材料進行認證，并進一步加強與全球主要航空航天監管機構的聯系，”ASTM國際全球增材制造項目主管MohsenSeifi博士說。“利用他們在研發方面的專業知識，我們將開發急需的標準，這將大大提高航空和其他行業的認證。我們很高興讓NIAR團隊加入。”
此外，新成立的NIAR高級結構自動化技術實驗室（ATLAS）最近生產了第一臺自動化復合板，采用三軸龍門式自動鋪帶機和三英寸帶。該設備使用其氣動頭來鋪設碳纖維帶，能夠制造長達16英尺，寬10英寸的面板。
自動化制造技術大大提高了生產率并減少了角料數量。以前，這個面板的鋪設需要花費幾個小時的時間，而現在在七分鐘內便可完成。該帶鋪設機是支持NIAR開發自動化復合材料制造技術的首批設備之一。ATLAS將很快利用行業標準的自動化機器人系統和先進的在線檢測系統，擴展其制造大型復合材料結構的能力，如機翼翼梁，機翼蒙皮和機身部分。
ATLAS研究人員目前正在與NASA，國防部，認證機構，行業和學術界建立合作伙伴關系，以開發創新技術來進一步提高生產率，同時創建一個數據驅動的“未來工廠”來管理靈活的費率。ATLAS研究將通過解決航空航天制造問題，同時降低成本和管理復雜性來加速創新。一些初步研究項目將側重于為使用自動化技術制造的結構開發認證框架，以加快引入新材料、先進連接技術和先進工藝，這將確保材料性能滿足計劃目標來縮短認證時間。
玻纖https://www.hongyantu.com/index.php?r=new%2Fview&id=2888
展開 美國宇航局先進復合材料技術之3D打印碳纖維復合材料
技術概述
美國宇航局格倫研究中心（NASA Glenn Research Center）的創新者與路易斯維爾大學和美國空軍合作，開發了一種增材制造技術，使用熱固性聚酰亞胺樹脂生產具有高溫性能的復合材料零件。
該工藝使用選擇性激光燒結（SLS）來熔融加工NASA新型RTM370酰亞胺樹脂的粉末狀產品，該樹脂填充有精細研磨的碳纖維。隨后可以對所得復合材料零件進行后固化，為高溫航空航天應用做準備，從而提供可承受300°C以上溫度的3D打印復合材料零件。
這是增材制造聚合物技術的重大進步，通過提供一種需要相對較低熔融溫度的SLS工藝，創建得到具有高溫能力的復合材料，從而能夠對具有復雜幾何形狀的零件進行3D打印，以實現高性能應用。
? 3D科學谷白皮書
技術特征
NASA的這項技術是首個成功實現高溫碳纖維填充熱固性聚酰亞胺復合材料的3D打印技術。對碳纖維填充的RTM370進行選擇性激光燒結后進行后固化，以實現更高的溫度性能，從而獲得玻璃化轉變溫度為370℃的復合材料部件。
▲NASA 通過SLS 工藝3D打印的熱固性聚酰亞胺復合材料，打印完成后需進行后固化。
SLS工藝通常使用熱塑性聚合物粉末，所得零件的有效溫度范圍為150-185°C，但與傳統加工材料相比，通常較弱。最近，高溫熱塑性塑料已經通過高溫SLS工藝制造成3D零件，需要380°C的熔化溫度，但這些部件的可用溫度范圍仍低于200°C。
NASA的熱固性聚酰亞胺復合材料在150-240°C之間可熔融加工，允許使用常規SLS 3D打印設備。隨后，使用多步驟循環對所得零件進行后固化，將材料緩慢加熱至略低于其玻璃化轉變溫度，同時避免在過程中發生尺寸變化。
展開 復合材料沖擊損傷自動建模程序
composite impact.rar
初學python做了一個復合材料沖擊損傷的自動建模程序，
程序使用說明如下：
1.程序還有待完善。目前只支持矩形板，矩形網格。
2.可以選擇3D實體單元及2D連續殼單元，但是如果用3D實體單元需要自己編寫VUMAT，這里就不上傳VUMAT了，大家自己努力編吧。
3.自動生成的有限元模型是沒有邊界條件的。自己需要手動添加邊界條件
4.輸出變量需要自己去設置。
5.需要先創建材料或者從自己的材料庫中導入材料。
6.鋪層參數可以從文本文件直接導入，在鋪層表格出點擊右鍵會出現導入對話框。
7.可以根據需要選擇是否增加cohesive elements。
補充說明：第一次上傳的附件有一個問題，就是用CompositeLayup直接生成實體單元是不能用在abaqus/explicit中的，提交計算會出錯，現在已經將程序完善，附件已經更新。
直接將壓縮包解壓縮后放到plugin文件夾下即可。
composite_imoact_en.rar
展開 復合材料自動建模程序，abaqus需要關聯 ￥20
第三步，輸入面板長寬高以及層數，如下：最終，生成指定層數面板，包括材料參數，指定方向等。
沃爾沃的Vera自動運輸車采用復合材料
Vera是一款無人駕駛出租車卡車，沃爾沃卡車（Volvo Trucks）自動解決方案副總裁邁克爾·卡爾森（Mikael Karlsson）將其描述為“對我們目前……仍在開發中的產品的補充”。它的平面設計讓人想起威廉姆斯高級工程公司（Williams Advanced Engineering）的FW-EVX電動汽車平臺，而薇拉也是類似的電池驅動，它獨特地采用第五輪聯軸器，用于拖曳拖車或集裝箱。雖然目前它的底盤不使用復合材料，但它的車身組件使用復合材料。沃爾沃在復合材料領域一直處于領先地位，其可伸縮產品架構（SPA）平臺采用玻璃纖維增強聚氨酯后橋葉片彈簧，適用于S60、S90、V60、V90和XC60車型。與此同時，沃爾沃的性能品牌北極星（Polestar）將很快開始生產北極星1號，采用碳纖維復合材料車身。
沃爾沃于2018年9月推出Vera。根據沃爾沃當時的新聞稿，薇拉的身體設計是為了強調其功能。LED燈和30多個不同的傳感器被放置在滿足功能需求的同時，也融入了干凈的設計。顏色的選擇使維拉顯得現代，城市，友好和技術。簡潔干凈的銀色車身使車身看起來更輕，而黑色則表示車身的技術區域，比如前部的“大腦”。475玻璃纖維https://www.hongyantu.com/goodlist/zq/16028.html
在開發Vera的過程中，沃爾沃的自主解決方案團隊從客戶降低成本的需求開始，然后探索自動化、連接性和電動移動性提供的可能解決方案。Vera是一款全電動自動駕駛汽車，旨在融入更復雜的物流系統。
它的第一項工作將是把集裝箱從瑞典哥德堡港運送到瑞典運輸公司DFDS附近的物流中心。雖然它將沿著公共道路行駛，但它的速度不會超過每小時40公里（25英里），卡車將在控制室由操作員監控。
展開 沃爾沃大量使用復合材料生產自動駕駛卡車SPA
Vera是沃爾沃卡車自動化解決方案副總裁Mikael Karlsson所描述的自動駕駛卡車。它的平面設計讓人聯想到威廉姆斯先進工程公司的FW-EVX電動車平臺。Vera同樣依靠電池供電，并采用了獨特的五輪聯軸器來牽引拖車或集裝箱。雖然目前它的底盤尚未使用復合材料，但車身組件卻是由復合材料制造而成。沃爾沃一直是車用復合材料領域的領導者，曾將玻璃纖維增強聚氨酯復合材料后軸板簧作為其可擴展產品架構（SPA）平臺，用于S60、S90、V60、V90和XC60車型。與此同時，沃爾沃即將采用碳纖維復合材料生產Polestar 1。
沃爾沃于2018年9月推出了Vera自動駕駛卡車。根據沃爾沃當時的報道，在開發過程中，為了滿足客戶降低成本的需求，沃爾沃不斷探索自動化、連接技術和電動汽車所需的各種解決方案。https://www.hongyantu.com/goodlist/sz/48087.html
Vera的第一份工作是將集裝箱從瑞典哥德堡港運送到瑞典DFDS運輸公司的物流中心。雖然它將沿公路行駛，但其速度不會超過每小時40公里（25英里），卡車將由控制室的操作員監控。這是Vera執行實際運輸任務的第一步。
“我們希望能夠站到網絡自主交通領域的最前沿，”DFDS首席執行官Torben Carlsen說。“此次合作將幫助我們開發一種高效、靈活和可持續的長期解決方案，我們將利用自動駕駛汽車，使客戶、環境和業務受益。”https://www.hongyantu.com/goodlist/sz/48078.html
根據Karlsson的說法，沃爾沃將進一步開發Vera在其他類似業務方面的應用潛力，即先從物流中心、工廠和港口的運輸任務入手，然后將逐步擴展到需要短距離重復移動的其他應用。
展開 （二）自己也能開發ABAQUS復合材料層合板自動建模工具？
前文我們介紹了基于“厚度”推進策略生成網格，并自動定義鋪層、材料的層合板建模算法。
為了提高展示度，同時也是方便給別人使用。我們可以開發一個界面，并封裝成一個軟件。
作為一個小的案例，同樣采用MATLAB實現。
很多人都用過MATLAB的GUI模塊，然而這個東西適合做一些小的工具，稍微復雜一點的功能，就完全無法開展。
GUI模塊
一個最簡單的例子，就是選項卡，通過選項切換不同的頁面。在以前的GUI中，你只能再畫一個界面，然后在兩個界面之間傳遞變量。使用的時候，當切換頁面時候會彈出預設的界面，體驗很差。如果有了選項卡，就不存在界面跳轉的問題了，都在一個頁面就完成了。
為了解決這個痛點，MATLAB推出了APP designer，它和QT十分相似，尤其是新的容器和網格布局的引入，大大提升了實用性。而經典的GUI模塊在以后的版本中，將被刪除。
APP designer
我現在遇到的一些不大不小的開發需求，就會采用APP designer。當然，更復雜的需求的話，還是用QT更加方便。
本期我們就大致介紹一下基于APP designer實現工具開發的基本路線。
網格布局
QT中提供了多種多樣的自動對齊、填充方式。而在MATLAB中，這個是通過“網格布局”實現。
眾所周知，MATLAB是基于矩陣思想開發的平臺，這個“網格布局”就是這個路子。通過定義縱橫分塊和尺寸，實現界面分區，組件放進去以后它們就會自動對齊、適應分區大小，保證了界面的美觀性。
本次界面整體設計為左右布局，左側放置參數定義和二維繪圖區，右側為三維繪圖區。
組件填充
幾何參數和材料參數，用表格組件。
展開 （一）自己也能開發ABAQUS復合材料層合板自動建模工具？
以前做材料本構和細觀建模的時候，第一個攔路虎就是建模。尤其是機織編織類的材料，需要搞懂一系列織造參數，才可能完成三維模型創建。這還不算完，搞完模型還要繼續弄網格，一旦需要研究幾何參數變化規律，上述的過程又得整一遍。
即便后面我已經很熟練了，這個過程仍然需要花費很多時間。那個時候我就在想，以后要是能自己搞一個參數化建模工具就好了。
后來做項目多了，發現不僅是細觀結構，很多宏觀上的部件，比如加筋壁板。在結構上設計迭代中，也需要一個自動建模工具，最好是一步搞出網格然后直接可以導入ABAQUS中使用，這樣結構-力學評估-優化的效率將大大提高。
然而，對于復合材料而言，還面臨一個問題就是鋪層定義。尤其我們做UMAT/VUMAT，需要使用實體網格，這時候ABAQUS的自帶的鋪層模塊就沒法用了。鋪層一多，搞鋪層定義就需要花時間。
在這個執念下，后來我編寫了很多參數化建模的小工具在項目里使用。
本期我們就以最簡單的層合板為例，介紹一下自己搞自動建模工具的思路，本次開發采用MATLAB語言。
了解數據結構
我們首先需要了解兩個數據結構。一是ABAQUS inp文件的數據格式，這是我們的工具需要輸出的。二是，了解ABAQUS有限元模型的數據結構，簡單講就是搞清楚網格這個東西在ABAQUS中是如何表達的。
展開 汽車復合材料預成型走向工業化：封閉式自動纖維鋪放單元
一個示范的汽車預成型件
在降低復合材料部件的生產成本、縮短生產節拍的競爭中，自動化技術已成功地將裁切、成型和加工轉變成更適合工業化生產的工藝流程。
然而，就在不久前，為成型三維部件而制備增強材料的預成型生產步驟，似乎依然是一個生產瓶頸：這是一個復雜、步驟較多且通常為人工操作的加工過程。
最近3年來，能夠實現自動化預成型的新興技術已越來越多，得益于機器人技術與自動化的帶鋪放（ATL）或自動化的纖維鋪放（AFP）技術的結合，這些技術最終走向成熟，并實現了商業化應用。
2015年，為航空航天工業提供專用生產系統的德國Broetje Automation公司推出了其STAXX Compact 1700自動化AFP工作單元，用于生產近凈形狀的預成型件。
“當我們開始開發時，已有許多公司重點在為航空航天工業開發自動化的纖維鋪放技術。”Broetje Automation的子公司——德國BA復合材料有限公司的副總裁 Matthias Meyer博士介紹說，“所以，我們將開發的重點放在了汽車和工業領域，同時還注重采用低成本的材料——碳纖維預浸絲（towpreg）。”
這也促使該單元被設計成為一種封閉的、可以自動調節溫度的加工單元，它擁有3m（寬）×6.5m（長）×3m（高）的緊湊尺寸，因而可以在幾乎任何工廠中快速投入生產。
Meyer對碳纖維預浸絲（towpreg）的定義是：采用典型的環氧樹脂基體浸漬的碳纖維粗紗，并指出，STAXX還能夠加工適用于后續液體成型的粘結劑干纖維，或者加工一種熱塑性的材料。它們在預成型后，可以通過簡單的熱成型變成最終的部件。
展開 復合材料簡單層壓板有限元模型自動生成插件（附源碼）
插件界面如下：
另外，本插件需要自己預先建立一個3D 可變形板或者殼，并按照自己的需求畫好網格（僅限于四邊形網格），然后用本插件生成復合材料實體殼或者實體單元，還可以根據自己的需求勾選是否生成層間cohesive單元。
以下是一個實例：
以平面殼單元為基礎生成實體單元。
arbitrarydamamgemodel_standard.rar
汽車復合材料預成型走向工業化：封閉式自動纖維鋪放單元
一個示范的汽車預成型件
在降低復合材料部件的生產成本、縮短生產節拍的競爭中，自動化技術已成功地將裁切、成型和加工轉變成更適合工業化生產的工藝流程。
然而，就在不久前，為成型三維部件而制備增強材料的預成型生產步驟，似乎依然是一個生產瓶頸：這是一個復雜、步驟較多且通常為人工操作的加工過程。
最近3年來，能夠實現自動化預成型的新興技術已越來越多，得益于機器人技術與自動化的帶鋪放（ATL）或自動化的纖維鋪放（AFP）技術的結合，這些技術最終走向成熟，并實現了商業化應用。
2015年，為航空航天工業提供專用生產系統的德國Broetje Automation公司推出了其STAXX Compact 1700自動化AFP工作單元，用于生產近凈形狀的預成型件。
“當我們開始開發時，已有許多公司重點在為航空航天工業開發自動化的纖維鋪放技術。”Broetje Automation的子公司——德國BA復合材料有限公司的副總裁 Matthias Meyer博士介紹說，“所以，我們將開發的重點放在了汽車和工業領域，同時還注重采用低成本的材料——碳纖維預浸絲（towpreg）。”
這也促使該單元被設計成為一種封閉的、可以自動調節溫度的加工單元，它擁有3m（寬）×6.5m（長）×3m（高）的緊湊尺寸，因而可以在幾乎任何工廠中快速投入生產。
Meyer對碳纖維預浸絲（towpreg）的定義是：采用典型的環氧樹脂基體浸漬的碳纖維粗紗，并指出，STAXX還能夠加工適用于后續液體成型的粘結劑干纖維，或者加工一種熱塑性的材料。它們在預成型后，可以通過簡單的熱成型變成最終的部件。
展開 
2018復合材料新標準、新技術及新材料應用研討會
針對新形勢下“加強環保、污染防治”的要求，上海防腐蝕新材料工程技術研究中心聯合上海市腐蝕科學技術學會，將于9月4日在上海組織召開“2018復合材料新標準、新技術及新材料應用研討會”。
報到時間和地點
會議時間：2018年9月4日
報到時間：9月3日 13：00﹣20：00
9月4日 8：00-8：45
報到地點：上海 ? 錦江都城酒店（中山西路2525號）
會議內容
會議邀請行業內著名資深專家，以專題報告形式講解以下主題內容：
1、《工業建筑防腐蝕設計規范》（GB 50046）的修編工作及新增內容解讀
2、《加油站在役油罐防滲漏改造工程技術標準》的制定和解讀
3、《結構用纖維增強復合材料拉擠型材》（GB/T 31539-2015）內容解讀，《纖維增強復合材料拉擠型材結構技術規程》的編寫工作進展及復合材料拉擠型材在建筑領域的應用
4、2018JEC國際復材展中的前沿創新技術
5、高性能環氧樹脂及其在復合材料中的應用
6、預浸料的性能介紹及在復合材料行業中的應用
7、熱塑性復合材料的性能及應用
8、“美麗堅”加油站在役油罐內襯改造系統介紹
參會人員可與專家互動交流，解答設計、研發、生產、使用過程中出現的實際問題。
展開 英國航空航天技術新突破：新型復合材料焊接技術
AGC aerocomposites(復合材料航空航天組件供應商)，已經開發出一種新型的熱塑性復合材料焊接技術，使復合材料焊接性能得到優化。
AGC aerocomposites最近完成了他們的“CoFusion”項目，項目資金來自國家航空航天技術開發項目(NATEP)，在此期間該公司分別與英國國家復合材料中心、騰卡特先進復合材料和勞斯萊斯合作。該項目旨在優化一個創新的、低成本的熱塑性復合材料焊接工藝的效率和適用性。
“CoFusion”項目表明，碳/聚苯硫醚(PPS)復合熱元件能夠通過利用電阻復合焊接元素焊接形成復雜組件，且該元素中不含金屬網格和插入物。
由此產生的焊接組件的高強度和疲勞性能已經在試樣和組件水平中被證明。低成本的設備和材料僅用三分鐘就可以加熱到焊接溫度。該過程并不局限于平面組件，有明顯曲率的面板同樣可以焊接。生成的都是高質量焊縫，符合標準的超聲波無損檢測規范。
焊好的頂帽夾芯板與相同的鉚件在生產和結構上進行抗扭強度和疲勞試驗對比。焊接構件具有較高的剛度和強度可達鉚件的五倍。運行350000周期無損傷的焊接構件的疲勞性能也明顯優于僅用50000個周期的鉚件。
Wayne Exton，AGC aerocomposites首席執行官說到：“CoFusion”項目是我們公司追求復合材料技術進步的一個巨大機會，焊接熱成型熱塑性復合材料形成高效輕量組件的能力允許我們繼續為我們的全球客戶提供創新、高品質、高性價比的產品。
NATEP的資金運行了18個月，項目的總預算為275000英鎊;其中一半的資金來自NATEP。
玻纖布生產廠家https://www.hongyantu.com/index.php?r=landing/index&id=bxb
展開 直播預告 | 基于材料數據庫和人工智能技術的復合材料許用值預測分析
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！
直播報名
8月20日 14:00
▲ 掃碼參與報名
立即預定
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。
展開 短纖維增強復合材料力學仿真技術
文章發布：上海安世亞太官方訂閱號（搜索：PeraShanghai）
聯系我們：021-58403100
作者：陳科夫 上海安世亞太結構應用工程師
本文共計1180字，閱讀時間預計4分鐘
編者按
作者詳細分析了短纖維增強復合材料力學仿真技術的應用領域和實際意義，并具體闡述了Mechanical 2021R1中實現短纖維增強復合材料的力學分析過程。
什么是短纖維增強復合材料
短纖維增強復合材料具有制造快速、力學性能好等優點，已成為傳統材料的重要替代品。目前被廣泛應用于交通運輸、航空航天等工程領域。準確地預測短纖維增強復合材料的力學性能對于實際工程應用具有重要意義。
針對短纖維增強復合材料細觀隨機分布的特征，基于RVE的有限元法，可以很好的對復合材料的力學特性進行仿真，并且能夠滿足復合材料設計要求。
如何實現力學分析
ANSYS Mechanical 2021R1短纖維增強復合材料力學特性仿真功能得到了增強，該功能能夠模擬注塑材料的真實和復雜細節，如纖維的方向和零件中存在的注塑應力等。下文主要闡述在Mechanical 2021R1中如何實現短纖維增強復合材料的力學分析。
總體上需要建立圖1的項目流程并分析一個短纖維復合材料注塑而成的簡單模型。其中Material Designer模塊主要計算短纖維復合材料各向異性彈塑性力學性能。Injection Molding Data 為2021R1版本的新增模塊，可以導入專業注塑成型仿真軟件的相應結果，為后續分析提供輸入條件。
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