Matériaux composites

Simuler et optimiser les empilements composites, résoudre des contraintes de stress et de tensions, et prédire la rupture avec confiance

L'ingénierie des composites est utilisée depuis des milliers d'années. Auparavant les briques étaient composées d'un composite fait de boue et de paille. c'est la combinaison des propriétés physiques de chaque élément qui donne le matériau composite avec ses nombreuses caractéristiques.
Aujourd'hui les matériaux composites ont évolués, tel que la fibre de carbone qui combine toutes les propriétés que nous lui connaissons : léger, solide, durable et résistant aux hautes températures. Aujourd'hui, les avantages des composants et des produits conçus et fabriqués en matériaux composites - au lieu de métaux tels que l'aluminium et l'acier - sont reconnus par de nombreuses industries.

Les composites sont des matériaux "techniques" qui intéressent beaucoup les industriels pour leurs caractéristiques de poids et de tenue mécanique. Cependant, pour les concepteurs, il y a toutefois des défis à relever. La rupture par délaminage et par fatigue, les microfissurations pouvant provoquer d'éventuelles ruptures, ainsi que d'autres mécanismes qui n'interviennent pas dans la conception de pièces métalliques, sont d'une importance primordiale pour ces matériaux. Ces phénomènes sont mal compris, et en raison du temps et du coût de fabrication, le recours à un prototype physique est encore moins pratique.
Sans outil de calcul adéquat, le choix du matériau prend du temps et immobilise des ressources.

L'offre très large de fonctionnalités proposées par MSC Software pour les matériaux composites aide nos utilisateurs à analyser et améliorer la conception de leurs produits. Les outils offerts sont parfaitement adaptés aux différentes familles de composites: à matrices polymère, métallique, céramique ou en carbone...

MSC Software est utilisé dans de nombreux types de modélisation de composites:

Composites renforcés en fibres de carbone
Empilements des composites
Modélisation de zone cohésive
Durcissement et rétrécissement
Tolérance à l'endommagement
Delaminage
Drapage avec Laminate Modeler
Analyse en fatigue
Analyse de cisaillement des joints
Indices de ruptures(Hill, Tsai-Wu, Hashin, Puck...)
Optimisation de l’empilement des composites
Structure comportant des nids d'abeille

Analyse Macro-mecanique
Analyse Micro-mecanique
Réponse linéaire et non linéaire
Rupture progressive des matériaux
Nano-composites
Analyses des contraintes dans la configuration d'empilement
Dépendance de la temperature
Simulation avec cuisson pour une meilleure estimation des contraintes résiduelles et du comportement matériaux
Modèles d’endommagement micromécaniques pour une précision accrue

Applications Industrielles:

Aérospatial & Défense: nacelles de moteurs, ailerons, radomes, panneaux aéronef, planchers, portes, bouclier thermique, ailes, gouvernail, fuselage d'helicopter, rotor des pâles, protection ballistique.
Automobile: panneaux de carrosserie, chassis, pare-choc, rotors de freins, moteurs thermiques, habitacles, garnitures, tableaux de bord.
Biens de consommation : articles de sport, emballage, radiateurs pour systèmes électroniques, cadres de vélo, meubles, matériaux de construction.
Energie: Pales d'éoliennes, panneaux solaires, structures offshore de type tubulaires à paroi épaisse, pipelines sous-marins, réservoirs.
Administrations et marchés publics: ouvrage en béton en béton, ponts et barrières.
Biomédical: Prothèses, implants prothétiques, matériel chirurgical, des appareils endoscopiques / laparoscopique, dispositifs d'aspiration / irrigation

Analyse de contrainte pour tout type de séquence d"empilement

Identifier et traiter les problèmes de fabrication au stade de la conception, réduit les coûts considérablement en aval.

Par exemple, de nombreux composants en composites nécessitent des séquences d'empilement multiples sur des surfaces courbes. Cela pourrait conduire à une fissure du matériau, un étirement excessif et un changement marqué de l'orientation des fibres. Une fissure excessive peut conduire à des difficultés de fabrication, et si les fibres s'écartent considérablement de l'orientation désirée, elle pourrait conduire à une structure compromise.

Les algorithmes de MSC, font face à ce problème en aidant à prévoir les orientations des fibres et les fissures des plis unidirectionnels comme s'ils étaient autour des surfaces courbés et complexes.

Analyse en fatigue

Avec les solutions de MSC, vous pouvez étudier le comportement des structures composites à travers le spectre de chargement. Vous pouvez effectuer une analyse à la fois linéaire et non linéaire pour prédire la réponse de ces structures avec précision.

Statique lineaire et non linéaire
Lineaire et non lineaire transitoire
Mode Normal
Flambage
Réponse en fréquence directe ou modale
Direct or Modal Complex Eigenvalue
Réponse transitoire directe ou modale
Transfert de chaleur
Analyse structure-thermique

Utilisation facile de jeux de contacts qui vous fait gagner un effort de modélisation significative, tout en assurant la robustesse et la précision dont vous avez besoin dans la conception de structures composites.

Analyse des ruptures

En raison de la nature hétérogène et des couches de matériaux composites, de multiples mécanismes de défaillance affectent la performance des composites pendant le service.

L'accumulation des dommages peut être progressive et conduit à une dégradation des performances et à l'échec.

Progressive Failure Analysis: prédire la progression des dommages dans les matériaux à l'aide de l'un des multiples critères de rupture, y compris la contrainte maximale, déformation maximale, Hill, Hoffman, Tsai-Wu, Hashin, Puck, Hashin-Tape ou Hashin-Fabric.
Délaminage: Analyser l'affaiblissement et l'échec de liaison entre les plis en utilisant une technique de modélisation de zone cohésive.
Propagation des fissures : Simuler la technique virtuelle de fermeture de fissure (CTV) pour concevoir des produits avec une meilleure résistance à la propagation des fissures.

Optimisation

La solution d'optimisation pour la conception par MSC permet aux utilisateurs d'optimiser leurs conceptions et de réduire les coûts matériels.

Les matériaux composites peuvent être conçus pour des applications spécifiques. Cependant, les essais et les erreurs de conceptions avec des prototypes physiques peuvent être très coûteux. La solution d'optimisation de la conception de MSC, permet aux utilisateurs d'optimiser leurs conceptions et de réduire les coûts matériels, en minimisant le poids et en résolvant individuellement l'épaisseur de couche et les orientations.

En profitant d'une suite complète de fonctionnalités d'optimisation, incluant la forme, la taille et l'optimisation de la topologie, les utilisateurs peuvent innover plus rapidement.

Micro and Macro-scale Analysis

Digimat, permet aux ingénieurs de faire deux analyses micro-et macro-scale des matériaux composites - pour calculer leurs propriétés mécaniques, thermiques et électriques pour une utilisation dans toutes sortes d'analyses par éléments finis en aval.

Par exemple, dans un cas de matériaux moulés, les ingénieurs commencent généralement la modélisation en rassemblant les informations importantes et les données d'orientation des brins de Moldflow, 3D-Sigma, Moldex3D, Simpoe ou une autre solution de simulation de moulage par injection.

Digimat-MAP calcule les contraintes résiduelles et la température de l'injection dans la maille de moulage et définit un maillage FEA de la structure idéale. De là, les ingénieurs peuvent importer ces paramètres dans un programme FEA commercial, comme MSC Nastran ou Marc.

Ils peuvent aussi utiliser Digimat’s MF, MX, FE modules pour examiner les données de test et de selectionner le meilleur matériau.

MSC Software Corporation

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