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分析+检测,闭环仿真保证复材成品精度

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发表于 2018-5-28 12:10:05 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自 中国
复合材料不仅保持了增强材料和基体材料本身的优点,而且通过各相组分性能的互补和关联,获得优异的性能。复合材料具有比强度大、比刚度高、抗疲劳性能好、各向异性、以及材料性能可设计的特点,可以获得显著的减重效益,并改善结构性能。
复合材料的材料性能改变主要来自于材料内部纤维对基体性能的改变,基体分布的不确定性会给最终产品性能的不确定性带来困扰,这也是目前对于复合材料的推广带来很大不确定的困扰。
通过借助CAE手段,我们可以及早预测复合材料产品的性能,为改善复合材料提供早期的建设性意见。 MSC公司提供了Nastran,MARC,Digimat等专业分析工具助力复材分析。

通过检测手段,可以做仿真结果做一个实物的校核,来确保加工工艺的的准确性。 Hexagon提供各类三坐标检测仪,尤其是是Apodius能够通过光学检测对结构外形及标志形态进行实际检验。

复合材料的CAE分析历经几个阶段。


1
直接采用各项异性材料来分析预测
利用既有的铺层方向,采用层合板理论来预测复材制品的性能强度。这种方法和传统实际的金属分析方法类似,不过相比金属材料,复材材料会有一定的各项异性特性。在给定假设情况下,不考虑破坏及损伤的情况下,对于预测平板及简单构型的复合材料有一定的参考性。但是对于比较复杂材料及考虑材料损伤的情况下,这种情况会对实际的情况有很大差异性。这个时候可以通过Digimat铺层对铺层部分做均质化假设,Digimat可以在均质化假设的时候考虑层间及层内渐进失效模拟,这会为复合材料准确模拟,尤其是用户关注的性能下降段提供了准确分析的可能性。
利用Digimat铺层来计算复合材料的许用应力值

2
考虑成型及微观结构来分析预测
复杂构建的复合材料有很多成型方式,不同铺层方式的成型结果会产生很大不一致,同时成型方式的选择会复合材料制品带来的影响。
不同铺层方向成型情况下的剪切角及褶皱
通过专业的铺层成型软件,可以计算得出在任意铺层后产品纤维夹角的变化,变化后的产品变形及夹角变化,可以通过Digimat/Map导入CAE软件,调用Digimat/MF中创建的非线性材料,可以准确预测复合材料制品性能。
成型-导入纤维联合仿真分析

3
仿真+检测闭环分析保证产品质量
成型工艺会对产品纤维方向产生很大的该表,包括 第一,包括对纤维方向的改变,第二,可能对纤维方向产生的破坏。这点在分析的时候是没有办法考虑的很仔细。对于高精度要求的复合材料的使用也会带来一定的困扰。引入复合材料产品检测工具则能很好的解决问题。
通过对产品成型以后的产品检测,第一,可以检测铺层的纤维朝向是否和成型软件预测是否一致,第二,可以检测产品是否存在纤维损伤,第三,可以检测成型后的产品是否和设计产品之间的翘曲变形等。
检测后的纤维取向可以通过Digimat/MAP直接导入CAE软件,进行相应的工况分析,分析后的变形也可以通过检测手段来提升CAE分析的精确度。
采用仿真+检测的闭环分析验证方法

总结
材料性能很大程度决定了产品最后性能,在航空行业,材料的应用是飞行器性能提高、更新换代的重要标志之一,正所谓一代材料一代飞行器。而复合材料分析一直都是CAE产业界分析的热点及难点,复合材料本身的各项异性属性及失效特性和传统材料有很大的区别。如果提升复合材料分析及预测精度一直都是打搅关注的焦点。通过引入新的的科技方法,能够有效的提升现在复合材料分析精度。

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