Composites

Simulate and optimize composite ply layup, solve for laminate stresses and strains, and predict failure with confidence

复合材料

仿真并优化复合材料层合板,解算层间应力和应变,并胸有成竹地预测失效

Horizontal spacer

事实上,工程复合材料已经应用了数千年之久。风干砖就是采用泥和稻草的复合材料制作的。它是各种材料物理性能的结合体,赋予了复合材料众多自身的物理特性。当今的高级复合材料(例如碳纤维)汇集了我们熟知的综合性能——轻质、坚实、耐用及耐热。目前,采用复合材料设计、制造的部件和产品具有众多优势,它们取代了铝和钢等金属,为许多行业所认可。
作为“工程材料”的复合材料能为产品制造商带来重量及性能等多方面的优势。但相对金属之类的常规材料而言,它们在产品设计中也存在着诸多难题。分层、引起最终断裂的微裂以及其他一些在采用金属进行设计时不会遇到的情况,对于复合材料而言均非常重要。由于制造工艺昂贵、耗时,使得实体模型更加不现实。如果没有正确的 CAE 工具,选择适当的材料可能会耗费大量的时间和资源。
MSC 软件在复合材料方面广泛的解决能力有助于复杂复合材料的分析与设计改进。MSC 提供的工具非常适合于各种类型的复合材料,即高级复合材料、夹芯板、塑料、纳米复合材料、硬质合金等。

MSC 软件可用于众多类型的复合材料建模:
  • 碳纤维增强复合材料
  • 复合材料层合板设计
  • 粘性区建模
  • 硬化与收缩
  • 损伤容限
  • 脱层
  • 采用层压建模器覆盖
  • 疲劳分析
  • 剪切搭接接头分析
  • 首层失效—Hill、Tsai—Wu、Hashin、Puck 等
  • 蜂窝夹层结构
  • 宏观机械分析
  • 微观机械分析
  • 复合结构的多尺度建模
  • 非线性形态
  • 颗粒增强材料
  • 逐层失效
  • 回弹
  • 纳米复合材料
  • 层合板构型应力分析
  • 温度依赖性
  • 虚拟裂纹闭合技术
行业应用:
  • 航空航天与国防:发动机吊舱、副翼、雷达天线罩、飞机面板、地板、门、隔热罩、机翼结构、垂直尾翼、直升机机身、转子叶片、弹道防护。
  • 汽车:车身板件、底盘、保险杠、制动盘、驾驶舱、内饰、仪表板。
  • 消费品:体育用品、包装、电子系统散热片、自行车车架、头盔、家俱、建筑材料。
  • 能源:风力发电机叶片、太阳能电池板、海上建造物(含厚壁管)、海底管道及油箱。
  • 政府/民用:混凝土结构、桥梁、障碍物。
  • 医疗:假肢、矫形学、承载植入物、手术设备、内窥镜/腹腔镜设备、吸引/冲洗设备

识别并处理设计阶段的制造问题,可节约可观的下游成本。
例如,许多复合材料部件需要在曲面上覆盖多个层。这可能会导致材料切变、过度拉伸以及明显的纤维定向变化。过度切变可导致制造困难,如果纤维与所要求的定向偏离很大,则有可能导致结构受到影响。
通过帮助预测纤维定向以及单向和编织层覆盖弯曲及复杂表面时的切变,MSC 算法可有效处理此类问题。

借助 MSC 软件的解决方案,您可以研究复合材料结构在整个载荷谱上的表现。您可以进行线性及非线性分析,以精确预测这些结构的响应。

  • 线性与非线性静态
  • 线性与非线性瞬态
  • 正常模式
  • 压屈
  • 直接或模态频率响应
  • 直接或模态复本征值
  • 直接或模态瞬变响应
  • 热传递
  • 热结构分析

易于使用的接触设置可节约大量的建模工作,同时为您提供在设计复合材料结构时所需的健壮性和准确性。

由于复合材料的多相和分层属性,因此多重失效机制会影响复合材料在工作期间的性能。
损伤积累可逐步导致性能下降并最终失效。

  • 渐进失效分析:采用任意一种多重失效标准来预测材料中的损伤发展,其中包括最大应力、最大应变、Hill、Hoffman、Tsai-Wu、Hashin、Puck、Hashin-Tape 或 Hashin-Fabric。
  • 脱层:采用粘性区建模技术来分析各层之间的键合弱化和失效。
  • 裂纹扩展:采用虚拟裂纹闭合技术(VCCT)来仿真裂纹扩展,以便设计抗裂纹扩展性更好的产品。

MSC 的设计优化解决方案使用户能够优化其设计并节约材料成本
复合材料可以工程化以便与特定的应用相适应。但是,利用实物样机进行试错法设计会相当昂贵。MSC 的设计优化解决方案通过最大限度地减轻重量并求出各个层厚及定向,从而使用户能够优化其设计并节约材料成本。
通过充分利用全套的优化功能,其中包括形状、尺寸及形态优化,用户能够更快速地创新。

Digimat 使工程师们能够对复合材料进行微观和宏观分析,计算其机械、热及电气特性,以供各种类型的下游故障影响分析使用。
例如,对于模制材料而言,工程师们通常通过收集材料信息来开始建模,并结合来自  Moldflow、3D-Sigma、Moldex3D、Simpoe 或其他注模仿真解决方案的定向数据。 Digimat-MAP可计算来自注模网格的残余应力及温度,并定义理想结构的故障影响分析网格。
工程师们藉此可将这些参数导入到 MSC Nastran 或 Marc 之类的商业故障影响分析程序中。他们也可以使用 Digimat’s MF, MX, FE 模块来查看复合材料及其组分的试验数据,并评定有希望的候选材料。

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