Композиционные материалы и конструкции
Композиционные материалы и конструкции
Композиционные материалы используются человечеством уже тысячи лет. Глиняные кирпичи (саман), использовавшиеся для построек, изготавливались из смеси глины и соломы. Именно сочетание физических свойств каждого материала, входящего в композит, дает окончательные уникальные характеристики данному материалу. Современные композиционные материалы, например с углеродным волокном, объединяют в себе уникальные свойства: легкий, прочность, долговечность и термостойкость. В настоящее время преимущества изделий, спроектированных и изготовленных из композиционных материалов, а не из сталей и сплавов, хорошо известны во многих отраслях промышленности.
Использование композиционных материалов дает производителям ряд преимуществ с точки зрения веса изделия, его прочности, жесткости и других характеристик. Однако при проектировании композитных изделий, производители также сталкиваются и с рядом проблем, которых нет при использовании обычных материалов, таких как металлы. Расслоение, микротрещины, приводящие к возможному разрушению, пористость, особенности выкладки слоев материала и другие факторы, которые не надо учитывать при проектировании изделий из металла, являются очень важными для проектирования композитных конструкций. Трудоемкие и дорогостоящие производственные процессы изготовления делают подход полной отработки изделия на реальных прототипах непрактичным. Поэтому без использования правильных инструментов виртуального проектирования и инженерного анализа выбор оптимального композиционного материала может потребовать значительного времени и ресурсов.
Обширные возможности решений MSC Software для композиционных материалов помогают проектировать, анализировать и совершенствовать сложные композитные конструкции. Инструменты, предлагаемые компанией, идеально подходят для моделирования различных типов композиционных материалов, а именно, слоистые композиционные материалы, сэндвич-панели, армированных пластиков, нанокомпозитов, металлокерамики, и многих других.
Программное обеспечение MSC Software предоставляет пользователям широкие возможности для продвинутого моделирования композиционных материалов:
|
|
Использование решений MSC Software в промышленности:
|
 |
Выявление и устранение на этапе проектирования производственных проблем значительно сокращает затраты на последующее изготовление. . Например, детали из слоистого композиционного материала требуют драпировки (выкладки) слоев материала. Выкладка материала на криволинейных поверхностях может привести к сдвигу материала, образованию складок и заметному изменению ориентации волокон в слое. Как итог, чрезмерный сдвиг и складки вызовут трудности при изготовлении детали, а значительное отклонение ориентации волокон от желаемой может привести к снижению характеристик детали и даже ее разрушению. Решения MSC Software решают эту проблему, помогая определить сдвиг и ориентацию волокон в слое для однонаправленных (лента) и тканых материалов при выкладке их на сложные и криволинейные поверхности. |
 |
С помощью решений MSC Software пользователю предоставляются широкие возможности по исследование поведения композитных конструкций во всем диапазоне действующих нагрузок и случаев нагружения.
Простая процедура настройки контактного взаимодействия позволяет сэкономить значительные усилия при моделировании, обеспечивая при этом надежность и точность моделирования, необходимые при проектировании композитных конструкций. |
 |
Неоднородная и часто многослойная природа композитных материалов приводит к тому, что различные механизмы разрушения материала могут влиять на их эксплуатационные характеристики в процессе работы изделия.. Накопление повреждений в материале может быть постепенным, приводя к снижению работоспособности и даже окончательному разрушению. Пользователям MSC Software доступны современные инструменты для моделирования различных видов разрушения композиционных материалов:
|
 |
Решение MSC Software позволяет пользователям оптимизировать свои конструкции, экономить время и материальные ресурсы для получения эффективных изделий. Композитные материалы могут разрабатываться для каждого из изделий. Однако проектирование методом проб и ошибок с физическим прототипированием может оказаться очень затратным процессом. Решение компании MSC Software для оптимизации позволяет пользователям оптимизировать свои конструкции и сокращать затраты на материал за счет минимизации веса и поиска укладок с оптимальной ориентации слоев в них. Воспользовавшись полным набором возможностей для оптимизации, включая параметрическую оптимизацию, топологическую и оптимизацию формы, пользователи могут быстрее создавать свои инновационные изделия. |
 |
Программный комплекс Digimat позволяет пользователям выполнить на микроуровне анализ композиционных материалов для точного определения их механических, термических и электрических свойств. Полученные свойства используются на макроуровне во всех видах последующего анализа методом конечных элементов. Например, в случае изделий, получаемых литьем под давлением или формованием, пользователи начинают проектирование со сбора информации о материале и данных об ориентации армирующих волокон в детали из Moldflow, 3D-Sigma, Moldex3D, Simpoe или другого решения для моделирования технологического процесса изготовления. Модуль Digimat-MAP передает данные о тензоре ориентации волокон, остаточные напряжения, температуру, линии спая и другие параметры на конечно-элементную сетку для последующего структурного анализа в одной из программ расчета методом конечных элементов, например, MSC Nastran или Marc. Пользователи также могут воспользоваться возможностями других модулей Digimat, например Digimat’s MF, MX, FE modules для виртуальной разработки и испытаний композиционного материала, а также выбора оптимального материала для своего изделия. |