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簡介本文將教導(dǎo)使用者如何利用Digimat來建立纖維強(qiáng)化塑料的材料模型。解釋多尺度建模背后的概念，并說明如何操作 Moldex3D Digimat-MS 。摘要 (Overview)本文的目的是利用 Moldex3D Digimat-MS 與結(jié)構(gòu)分析軟件，進(jìn)行一產(chǎn)品受外力下的應(yīng)力與變形的分析。此產(chǎn)品是彈塑性的玻璃纖維復(fù)合材料。

復(fù)合材料或纖維增強(qiáng)復(fù)合材料由至少兩種可區(qū)分的材料組成，這些材料組合的基本目的是提高材料性能。纖維結(jié)構(gòu)通常嵌入樹脂（基體材料）中，然后固化。為實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，會(huì)將纖維和纖維束被加工成紡織品或織物。用纖維制造的大多數(shù)方法起源于紡織工業(yè)，因此該領(lǐng)域中使用的大多數(shù)術(shù)語也用于增強(qiáng)纖維加工。纖維決定了復(fù)合材料的強(qiáng)度和剛度。與沒有纖維的同種材料相比，排列纖維的材料的強(qiáng)度要大得多。

精彩直播預(yù)告連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）憑借高比強(qiáng)、高比模、良好的工藝性與耐久性，成為輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心材料體系，在航空航天、船舶、風(fēng)機(jī)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。然而，受制于通用 CAE 軟件的能力局限，CFRP 結(jié)構(gòu)至今缺乏成熟的疲勞分析方法，使得其疲勞耐久性評(píng)估過度依賴實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，難以實(shí)現(xiàn)高效仿真評(píng)估。

其中：MX為材料數(shù)據(jù)庫及材料屬性逆向模塊，可通過已知復(fù)合材料試樣的拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)，反求基體和增強(qiáng)體的材料參數(shù)；MAP為映射模塊，可將模流分析獲得的纖維取向分布、熔接線等結(jié)果映射到有限元網(wǎng)格上；CAE為仿真分析模塊，提供了Digimat軟件與不同有限元軟件之間接口；MF和FE為材料屬性宏觀和微觀正向建模模塊。

為什么使用Moldex3D Digimat-MS?增強(qiáng)塑料目前已被廣泛應(yīng)用于許多行業(yè)，其特色為在略為增加重量下即可強(qiáng)化產(chǎn)品的強(qiáng)度。而開發(fā)商面臨的挑戰(zhàn)是如何預(yù)測由復(fù)合材料所制成之產(chǎn)品其設(shè)計(jì)質(zhì)量，因?yàn)樵诔尚瓦^程中因流動(dòng)所造成之纖維排向?qū)C(jī)械性能有很大的影響。 Moldex3D Digimat-MS是一種用于增強(qiáng)塑料的簡單高效且高精度的解決方案，可幫助用戶正確設(shè)計(jì)纖維增強(qiáng)塑料部件。

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.

案例充分展示了Digimat軟件在短切纖維增強(qiáng)復(fù)合材料產(chǎn)品力學(xué)性能準(zhǔn)確預(yù)測方面的能力。以上工作提升了CAE的求解精度，為玻纖增強(qiáng)材料零件的精準(zhǔn)輕量化設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。與此同時(shí)，Digimat的引入也將提升物理試驗(yàn)的一次通過率，縮短開發(fā)周期。針對玻纖增強(qiáng)材料的仿真還將拓展到熔接線或殘余應(yīng)力導(dǎo)致的開裂，熱機(jī)耦合導(dǎo)致的失效，以及各項(xiàng)異性材料的蠕變和耐久問題。

簡介 本文將教導(dǎo)使用者如何利用Digimat來建立纖維強(qiáng)化塑料的材料模型。下列將介紹DIGIMAT多尺度材料模型的概念，并說明如何操作Digimat這套軟件。 1. 摘要 (Overview) 本文的目的是利用Digimat與結(jié)構(gòu)分析軟件，進(jìn)行一產(chǎn)品受外力下的應(yīng)力與變形的分析。此產(chǎn)品是彈塑性的玻璃纖維復(fù)合材料。

01介 紹DigimatDigimat是海克斯康旗下一款專注于多尺度復(fù)合材料非線性材料本構(gòu)預(yù)測和材料建模的商用軟件包。Digimat能夠幫助用戶預(yù)測多相材料的宏觀性能，支持的材料范圍涉及包含連續(xù)纖維、長纖維、短纖維、纖維編織、晶須、顆粒、片層等所有增強(qiáng)相和包括樹脂基、金屬基和陶瓷基在內(nèi)的多類基體材料。廣泛的軟件接口可以為幾乎所有的主流有限元程序提供材料模型或進(jìn)行多尺度的耦合分析。

纖維增強(qiáng)塑料通常具有高度各向異性，對性能有顯著影響。因此需要考慮局部纖維取向和由此產(chǎn)生的性能影響。先進(jìn)的建模工具可以成功預(yù)測：? 纖維取向? 纖維取向?qū)Σ牧狭W(xué)行為的影響? 零件性能：例如剛度、強(qiáng)度、碰撞、噪聲、振動(dòng)和聲振粗糙度（NVH）、尺寸穩(wěn)定性、蠕變、疲勞等大多數(shù)拉伸試驗(yàn)是在約0.001 s-1的應(yīng)變率下進(jìn)行的。

海克斯康工業(yè)軟件Digimat復(fù)合材料多尺度分析建模平臺(tái)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。

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(jì)算時(shí)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(jì)借助 Digimat，成功減重 15% 的同時(shí)保持等效剛度，開發(fā)周期縮短 6 個(gè)月，物理試驗(yàn)次數(shù)減少 60%。

Digimat是一款專注于多尺度復(fù)合材料非線性材料本構(gòu)預(yù)測和材料建模的商用軟件包。Digimat能夠幫助用戶預(yù)測多相材料的宏觀性能，支持的材料范圍涉及包含連續(xù)纖維、長纖維、短纖維、纖維編織、晶須、顆粒、片層等所有增強(qiáng)相和包括樹脂基、金屬基和陶瓷基在內(nèi)的多類基體材料。廣泛的軟件接口可以為幾乎所有的主流有限元程序提供材料模型或進(jìn)行多尺度的耦合分析。

? 利用增強(qiáng)塑料的專業(yè)解決方案：Digimat RP UQ插件提供了一個(gè)專用的、流線型的接口，以滿足增強(qiáng)塑料的獨(dú)特要求。通過使用這個(gè)插件，用戶可以放心地進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)，在保持產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)節(jié)省成本。從本質(zhì)上講，在Digimat RP中集成可靠性設(shè)計(jì)的框架大大加強(qiáng)了增強(qiáng)塑料的設(shè)計(jì)過程，帶來了效率、可持續(xù)性和產(chǎn)品質(zhì)量的提高。

為什么使用纖維分析?纖維增強(qiáng)塑料(FRP)已是工業(yè)中被廣泛應(yīng)用的主要材料，其可在重量變化很小的情況下增強(qiáng)塑料的熱和機(jī)械性能。其中，纖維長度、纖維排向及纖維濃度對這些性質(zhì)具有很大的影響。藉由提高纖維長度可以大大提高部件強(qiáng)度；同時(shí)在成型過程中，由流動(dòng)剪切引起的纖維排向?qū)?dǎo)致塑料的非等向性質(zhì)。因此為了保持產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，纖維長度和排向的預(yù)測對于協(xié)助用戶獲得優(yōu)質(zhì)設(shè)計(jì)和成型條件變得非常重要。

簡介本文將教導(dǎo)使用者如何利用Digimat來建立纖維強(qiáng)化塑料的材料模型。解釋多尺度建模背后的概念，并說明如何操作 Moldex3D Digimat-MS 。摘要 (Overview)本文的目的是利用 Moldex3D Digimat-MS 與結(jié)構(gòu)分析軟件，進(jìn)行一產(chǎn)品受外力下的應(yīng)力與變形的分析。此產(chǎn)品是彈塑性的玻璃纖維復(fù)合材料。

為什么使用纖維分析?纖維增強(qiáng)塑料(FRP)已是工業(yè)中被廣泛應(yīng)用的主要材料，其可在重量變化很小的情況下增強(qiáng)塑料的熱和機(jī)械性能。其中，纖維長度、纖維排向及纖維濃度對這些性質(zhì)具有很大的影響。藉由提高纖維長度可以大大提高部件強(qiáng)度；同時(shí)在成型過程中，由流動(dòng)剪切引起的纖維排向?qū)?dǎo)致塑料的非等向性質(zhì)。因此為了保持產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，纖維長度和排向的預(yù)測對于協(xié)助用戶獲得優(yōu)質(zhì)設(shè)計(jì)和成型條件變得非常重要。

在得到SMC工藝制備的片狀卷材后，會(huì)對材料進(jìn)行進(jìn)一步加工，通常稱為CF-SMC模壓成型工藝，將連續(xù)碳纖維和短切纖維通過不同形式的混雜加工從而制備成形狀較為復(fù)雜、有較高尺寸精度要求的復(fù)合材料零部件，這里連續(xù)纖維作為增強(qiáng)體彌補(bǔ)了短切纖維的力學(xué)短板，達(dá)到了局部補(bǔ)強(qiáng)的目的。可以看出該種方式通過控制纖維長短，鋪設(shè)方向，可以進(jìn)一步設(shè)計(jì)復(fù)合材料的力學(xué)性能，在力學(xué)性能的可控性和可設(shè)計(jì)性要比單層SMC片材大。

Skhiri補(bǔ)充說:“為了用增強(qiáng)塑料代替鋁制部件，蘭蒂奇集團(tuán)首先使用MSC Apex和Marc創(chuàng)建了有限元模型，包括根據(jù)設(shè)計(jì)要求定義施加力的適當(dāng)邊界條件。然后利用Digimat將纖維取向和熔接線等制造數(shù)據(jù)從注塑網(wǎng)格傳遞到結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。最后，利用Marc仿真，結(jié)合Digimat作為材料卡片求解器進(jìn)行了耦合分析，以預(yù)測零件的性能，同時(shí)考慮了局部纖維取向和熔接線對材料剛度性能的影響。

這說明注塑長玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料結(jié)構(gòu)上存在明顯各向異性，在疲勞過程中，0°方向纖維發(fā)生斷裂后引起的裂紋擴(kuò)展和斷裂，部分纖維從基體中拔出；45°和90°方向拉伸主要為基體開裂或基體與玻纖之間的界面開裂所引發(fā)的斷裂，裂紋沿著玻纖取向方向擴(kuò)展和斷裂。且疲勞斷面具有明顯的特征形貌，疲勞裂紋源區(qū)與裂紋擴(kuò)展區(qū)光亮平整，瞬斷區(qū)高低起伏，與拉伸斷口非常相似。