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庭田科技成功牵手复合材料建模平台——DIGIMAT软件
来源: | 作者:anscos | 发布时间: 2017-02-10 | 61818 次浏览 | 分享到:
在过去几十年里,复合材料以其高比强度、高比模量、耐腐蚀、抗疲劳以及高度的可设计性等优越性能越来越多地被应用在航天、航空、汽车、兵器和电子等行业。随着材料应用的普及,基于复合材料的结构设计和材料研究也越来越多地被关注。对比金属材料,复合材料无论是在材料的研发、工艺的研发还是在结构的设计方面都更为复杂,因此对材料开发人员和结构设计人员都提出了更高的挑战。
      庭田科技成功牵手多尺度非线性复合材料建模平台——DIGIMAT软件。
    在过去几十年里复合材料以其高比强度、高比模量、耐腐蚀、抗疲劳以及高度的可设计性等优越性能越来越多的被应用在航天、航空、汽车、兵器、电子等行业。随着材料应用的普及,基于复合材料的结构设计和材料研究也越来越多的被关注。对比金属材料,复合材料无论是在材料的研发、工艺设计还是结构校核方面都更为复杂,因此对材料开发人员和结构设计人员都提出了更高的挑战。随着计算机辅助技术的兴起,将计算机辅助技术用于复合材料的研发和复合材料结构的设计优化成为主流趋势和必然方向,出现了很多基于层合板理论的复合材料力学分析程序和商用软件包。但随着研究的深入和应用的普及,这种方法的精度越来越难以满足工程上的需要。而且,由于在过去几十年里复合材料发展出越来越多的种类,其中的很多都超出了经典复合材料力学的应用范围,基于微观尺度的,更普适的复合材料性能预测方法和结构分析方法成为了新的研究热点。DIGIMAT正是基于这些研究的商用软件包。DIGIMAT是比利时eXstream工程公司于2003年推出的专注于多尺度复合材料非线性材料本构预测和材料建模的商用软件包。DIGIMAT能够帮助用户预测多相材料的宏观性能,支持的材料范围涉及包含连续纤维、长纤维、短纤维、二维纤维织物、晶须、颗粒、片层等所有增强相和包括树脂基、金属基和陶瓷基在内的多类基体材料。广泛的软件接口可以为几乎所有的主流有限元程序提供材料模型或进行多尺度的耦合分析。多尺度的分析结果使得对材料和结构的失效预测更加准确。

     2012年9月,eXstream工程公司成为MSC软件公司的一员。DIGIMAT的加入极大的丰富和完善了MSC的复合材料解决方案,使用户能够从更深的层次了解复合材料,并通过耦合分析更准确的
      获得复合材料结构的力学性能和失效情况。模块与功能特点DIGIMAT针对材料开发人员和结构分析人员提供了七个主要模块,涵盖多相材料的性能预报、材料微观结构建模与分析、材料数据管理、材料模型的实验数据校对、工艺分析结果的读取与映射、工艺仿真软件和结构有限元软件的接口,以及蜂窝或泡沫夹芯结构的虚拟设计和虚拟实验等。DIGIMAT-MFDIGIMAT-MF是基于Eshelby夹杂理论,采用MeanField均匀化方法的多相材料非线性材料本构预测工具。作为一种半分析方法,DIGIMAT-MF可以对所有增强相为椭圆形拓扑的多相材料进行快速准确的性能预测,获得刚度矩阵和工程常熟,并可通过定义失效准则和虚拟实验的加载条件,给出虚拟实验曲线。在DIGIMAT-MF中,只需要输入每一相材料的材料本构,通过定义复合材料的微结构信息,如增强材料的形状、增强材料的体积含量、增强材料的方向分布、铺层信息等就可以快速获得均化后的材料本构。
     DIGIMAT-MF中的均化算法:Mori-Tanaka法双夹杂法第一阶和第二阶均化多级多步均化DIGIMAT-MF支持的单相材料本构模型:力学/热力学本构线弹性、热线弹性各向同性、横观各向同性、正交各向异性、各向异性线粘弹性弹塑性、热弹塑性J2塑性模型+各向同性硬化-Power/Exponential/Exponentiallinear模型+动力硬化-cyclicelastoplasticity模型Drucker-Prager塑性模型+与压力相关的弹塑性模型考虑Lemaitre-Chaboche损伤的弹塑性弹粘塑性、热弹粘塑性Norton/Power/Prandtl模型粘弹粘塑性超弹性(有限应变)Neo-Hookean/Mooney-Rivlin/Ogden/Swanson/Storakers(可压缩泡沫)模型弹粘塑性(有限应变):Leonov-EGP模型高周疲劳模型热学模型:傅立叶定律电学模型:欧姆定律
      热弹粘塑性本构短纤维增强材料SN曲线预测短纤维增强材料蠕变行为DIGIMAT-MF支持的微观结构:多增强相夹杂层合板椭球拓扑增强相(球状、片层状、短纤维、连续纤维)增强相长径比分布概率定义增强相方向定义(统一方向、随机方向、二阶分布矢量)空洞夹杂界面相定义刚体、准刚体、变形体增强相2D机织物DIGIMAT-MF支持的虚拟实验加载:单调加载、循环加载、自定义历程加载多向应力应变载荷力学载荷、热力学载荷预测热传导和导电性能加载有限元软件分析结果DIGIMAT-MF支持的失效模式:FPGF模型(FirstPseudo-GrainFailure模型),用于短纤维增强材料的渐进失效失效准则可建立在宏观和单相(纤维、基体等)等不同尺度上失效模型包含:最大应力、最大应变、Tsai-Hill2D&3D、Azzi-Tsai-Hill2D、Tsai-Wu2D&3D、Hashin-Rotem2D、Hashin2D&3D等与应变率相关的失效准则Leonov-EGP或超弹材料的失效准则基于Hashin2D和3D的MLT宏观渐进损伤模型FPGF失效模式对刚度的影响
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