Digimat

Nichtlineare, multiskalare Material- & Strukturmodellierung
Digitales Materiallabor schließt Lücke zwischen Spritzguss - Strukturmechanik &
berücksichtigt herstellungsprozessbedingte Einflüsse in Form von Faserorientierungen
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Der klassische Konstrutionsansatz von spritzgegossenen Bauteilen aus Kunststoff lässt den Herstellungsprozess außer Acht. Gerade bei partikel- oder kurzfaserverstärkten Composites beeinflusst die Herstellung und Produktion aber das spätere Verhalten. Der Herstellungsprozess kann die Mikrostruktur und damit auch das Verhalten unter Belastung ändern. Die unterschiedliche Orientierung der Partikel führt sowohl zu einer signifikanten Variation der lokalen Materialsteifigkeiten als auch zu anisotropem Verhalten. Aus diesem Grund muss eine realistische Simulation den Herstellungsprozess als Grundlage nehmen, die daraus resultierenden Eigenschaften auf Materialebene ableiten und diese dann auf die Bauteilebene übertragen. Die Softwarelösung Digimat kann genau das leisten.

Digimat ermöglicht es, den Spritzguss in der Strukturmechanik über eine anisotrop nichtlineare Materialbeschreibung zu berücksichtigen. Mit den virtuell spritzgegossenen Bauteilen können strukturmechanische Berechnungen unter Berücksichtigung der prozessabhängigen, lokalen Glasfaserorientierung durchgeführt werden. Digimat generiert Mikrostrukturen und erlaubt, diese in Finite Elemente (FE)-Solvern wie zum Beispiel MSC Nastran oder Marc im Detail zu untersuchen. Darüber hinaus bietet Digimat die Möglichkeit, Composites mittels Homogenisierungstechnologien im linearen und nichtlinearen Materialverhalten zu studieren und zu bewerten. So lassen sich aus der Simulation sowohl direkt auf der Mikroebene des Materials als auch für das makroskopische Verhalten auf Bauteilebene wertvolle Erkenntnisse gewinnen.

Digimat stellt Materialmodelle zur Verfügung, die das Verhalten von Werkstoffen auf Grundlage ihrer Mikrostruktur vorhersagen. Für jede gängige Werkstoff-Charakteristik steht eine Beschreibung zur Verfügung, egal ob es sich um einfache Elastoplastizität, Dehnratenabhängigkeit oder auch thermomechanisches Verhalten handelt. Typische Problemzonen wie Bindenähte können beschrieben werden. Aus dem Material resultierende Auswirkungen wie eine Erhöhung des Glasfaseranteils lassen sich nicht nur gezielt simulieren, sondern auch optimieren. Mit Digimat erfolgt eine Auswertung der FE-Ergebnisse nie unabhängig von der Lage der Glasfasern. Digimat zeigt die Faserlage so, wie sie auf das Strukturnetz übertragen und tatsächlich in der FE-Analyse verwendet wird. Die Auswertung erfolgt also immer abhängig vom Material und dem Prozess der Herstellung.

Module von Digimat:

 

Digimat-MF ermöglicht eine benutzerfreundliche, mikromechanische Materialmodellierung. Das Modul beruht auf mathematischen Homogenisierungsverfahren, die vor allem durch hohe Rechengeschwindigkeit überzeugen. Anwender können Aussagen über das Materialverhalten, die Beschreibung der Mikrostruktur und die Belastung von Composites treffen. Beispielsweise kann auf Mikrostrukturebene der Faseranteil variiert, die Länge oder Orientierung der Faser verändert und das entsprechend resultierende Verhalten rechnerisch beschrieben werden. Die aus der Mikrostruktur resultierenden, physikalischen Materialmodelle für Composites können in der strukturmechanischen Berechnung ganzer Bauteile oder auch in thermomechanischen Analysen eingesetzt werden.

 

Das Modul digimat-FE generiert Mikrostrukturen, die in Form ihrer Geometrie über Schnittstellenfunktionen in die FE-Software überführt werden können. Hier erfolgt die Vernetzung der Geometrie und das Aufbringen von Randbedingungen, unter deren Einfluss das Material selbst systematisch und detailgetreu untersucht werden kann.

 

Digimat-MX ist eine Materialplattform für Speicherung, Abruf und sicheren Austausch von Digimat-Materialmodellen. Vom Zugriff auf bereits vorhandene Materialgesetze, die von den Herstellern zur Verfügung gestellt werden, über Anfragen beim Materialhersteller bis hin zum automatisierten Ermitteln von Parametern für eigene Materialgesetze ist alles möglich. Die Software bietet zudem ein Optimierungstool, um eine Identifikation der Parameter durchführen zu können.

 

Das Modul Digimat-CAE bietet Schnittstellen zu allen wichtigen Spritzguss- & strukturellen FE-Software-Codes:

  • 3D Timon
  • Moldex3D
  • Moldflow 3D
  • REM3D
  • Sigma Soft 3D

Digimat kann mit Hilfe von Digimat-CAE auch in folgende Simulationstools integriert werden:

  • Abaqus
  • Ansys
  • MSC Nastran
  • Marc
  • LS-Dyna
  • Pam-Crash
  • Radioss
  • Samcef
 

Mit diesem Modul werden die Informationen aus dem Spritzguss (Faserorientierungen, initiale Spannungen oder Temperaturen) auf das in der Strukturmechanik verwendete Netz übertragen. Digimat-Map ist vollständig in den multiskalaren Material- und Strukturmodellierungsprozess von Digimat integriert.

 

Digimat-HC ist ein benutzerfreundliches Tool für die Konstruktion von Wabenkernverbundplatten auf Grundlage der FE-Analyse zum Berechnen von Biege- und Scherszenarien. Das Softwaretool berücksichtigt dabei die Wirkung der Mikrostruktur sowohl für den Kern als die äußere Schicht der Wabenkernverbundplatte.

Für den Wabenkern werden die homogenisierten Eigenschaften mit Digimat-HC berechnet, basierend auf der Geometrie der Einheitszelle der Wabe.

Für die Schalen steht die gleiche Auswahl zur Verfügung. Eine Haut besteht aus mehreren Schichten mit gegebenen Orientierungen und Dicke, die in einer bestimmten Reihenfolge gestapelt werden. Jede Schicht kann auf der Makro-oder Mikro-Ebene definiert werden. In diesem Fall wird Digimat-MF verwendet, um die makroskopischen Steifigkeitsgrad der Schicht der Mikrostruktur zu berechnen.

 

Digimat Additive Manufacturing (AM) ist eine holistische Simulationskette für die additive Fertigung. Mit der einzigartigen Kombination aus Material Engineering, Prozesssimulation und Strukturberechnung in Digimat AM erreicht der 3D-Druck eine neue Stufe der Effizienz und Leistungsfähigkeit.

Durch multiskalare Materialmodellierung und virtuelle Compoundierung für die additive Fertigung mit (ungefüllten und faserverstärkten) Polymeren trägt Digimat entscheidend zur Entwicklung neuer Materialien bei. Die Anwender benötigen deutlich weniger praktische Versuche, sie erkennen, welche Parameter das Materialverhalten bestimmen, und sie können spielend neue Materialsysteme wie z.B. Leichtbaugitter erzeugen. So werden immer innovativere Designs möglich.

Damit die additive Fertigung erfolgreich den Schritt zu einem Standard-Produktionsverfahren machen kann, sind speziell darauf zugeschnittene Tools für Design und Entwicklung nötig. Die integrative Simulation, so wie e-Xstream sie anbietet, ist hier sicherlich ein Muss – denn sie kann das Verhalten des fertigen Bauteils unter Berücksichtigung der Herstellung vorhersagen und das Design entsprechend optimieren. Indem die Anwender Aufbaurichtung und Schädigungseffekte mit einbeziehen, können sie genaue Strukturberechnungen durchführen und die Designvalidierung von Kunststoff- und Verbundbauteilen mit größerer Zuverlässigkeit angehen.

 

Digimat-RP (Reinforced Plastics) kommt bei der Analyse verstärkter Kunststoffe zum Einsatz. Die Lösung unterstützt den Arbeitsablauf der Anwender durch schrittweise Anleitungen beim Simulationsaufbau und optimiert den Prozess der detaillierten Analyse von Kunststoffteilen auf zuverlässige, schnelle und bequeme Art.

Digimat-RP basiert auf einem intuitiven Prozess, der Berechnungsingenieuren auch ohne Materialexpertise umfangreiche Möglichkeiten für die prognostische Analyse von Kunststoffteilen bietet. Die leicht zu bedienende Lösung wird damit sowohl den Erwartungen von Experten als auch von Einsteigern gerecht.

Vorteile von Digimat RP:
  • Schließt die Lücke zwischen Spritzguss und Strukturmechanik
  • Hohe Genauigkeit und einfach Bedienung
  • Viele Anwendungsgebiete (NVH, Steifigkeit, Thermomechanik, Crash, etc.)
  • Integriert in die CAE-Landschaft (Schnittstellen mit Spritzguss-/FEM-Software)
  • Umfangreiche Datenbank mit verstärkten Kunststoffen
  • Industriestandard bei großen Materiallieferanten und Automobilherstellern sowie bei deren Zulieferern
Unterstützte Spritzguss-Software:
  • Moldflow
  • Moldex3D
  • Sigmasoft
  • Timon3D
  • Rem3D
  • Simpoe
Unterstützte FEM-Solver:
  • Marc
  • MSC Nastran
  • Abaqus (Standard & Explizit)
  • LS-Dyna (Implizit & Explizit)
  • Ansys
  • Radioss
  • Samcef
 

Mit Digimat-VA (“Virtual Allowables”) können Anwender Composites virtuell berechnen, vergleichen und optimieren. Das hilft, physikalische Tests auf ein Minimum zu reduzieren. Die in Digimat-VA ermittelten virtuellen Festigkeitswerte erlauben es, geeignete Materialkandidaten bereits in einer sehr frühen Entwicklungsphase zu beurteilen und zu selektieren.

Basierend auf nur wenigen gemessenen Materialeigenschaften sagt Digimat-VA das Verhalten von Composite-Prüfkörpern vorher. Parallel zu Experimenten lassen sich so virtuelle Testreihen erstellen. Der Einfluss von Variabilitäten kann dabei gezielt untersucht werden. Materialparameter lassen sich bis hinunter auf die Mikroebene beeinflussen. Dazu zählen beispielsweise die Steifigkeit und Festigkeit der Matrix und Fasern sowie der Faservolumenanteil.

Digimat-VA liefert komplette Test-Matrizen auf Knopfdruck:
  • Beinhaltet eine Datenbank mit Werkstoffmodellen
  • Erlaubt das Kalibrieren von mikromechanischen Modellen basierend auf Composite-Datenblättern
  • Modelliert Chargen- und Prozessvariabilität
  • Übersetzt Test-Matrizen in FEMAnalysen und statistische Auswertung
  • Orientiert sich am Standard CMH17

 


Mehr über Digimat unter www.e-xstream.com

 

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