复合材料分析和模拟的选项

使用当今的软件工具找到您的舒适区。

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帕梅拉·沃特曼(Pamela J.Waterman)

纤维增强技术因其低的重量/强度比而被广泛使用—以及其他好处。但是使用复合材料很少是1-2-3的过程。如果需要竟彩篮球师,结构分析师和制造工程师之间的紧密合作,那么这是时候了,而优化在整个过程中都起着关键作用。通过数十种软件包来应对这些挑战, takes a look at what’s new, what’至关重要,还有哪些挑战。

 
   
复合材料分析和模拟的选项 复合材料分析和模拟的选项
ALLRed的顾问使用NEi Nastran软件对扬琴乐器的碳纤维共鸣板进行了模态分析(左)。&  Associates. 图片由ALLRed提供& Associates.

复合材料:为什么现在呢?
期限 合成的 涵盖了从玻璃填充的液态树脂到“fabric”嵌入碳纤维的床单。 (看“复合材料的寿命,” 2007年5月。)正是这种差异有助于解释针对该领域的各种软件包。

 根据具体的配方,复合材料具有积极的特性,如易成型性,轻质强度,出色的长期耐候性以及耐腐蚀和耐化学性。这些优点反过来可以使集成多个部分变得更加容易。另外,诸如良好的热稳定性和高导热性之类的特性在特殊应用中也越来越有用。

 但是,实现这些理想的特性是每个步骤的挑战—从初始竟彩篮球到手工或自动零件创建。

 
复合材料分析和模拟的选项
此典型的Anaglyph层压工具复合分析流程图显示了层压工具如何与其他工程软件应用程序交互。 图片由Anaglyph提供。

“与之相比,复合材料的材料和制造成本高‘传统材料’”Componeering总经理Markku Palantera解释说。“因此,最终产品的卓越性能必须通过精心竟彩篮球来实现,而最终要进行软件竟彩篮球。”

  定义角色
销售ESAComp的Componeering是专注于复合材料特定软件的众多公司之一。这些公司如何为您提供帮助,部分取决于您的特定项目,部分取决于您现有的CAD和CAE软件,部分取决于您使用这些材料的首选方法。

 毫不奇怪,在竟彩篮球世界的这个角落里,观点深入人心。约翰·克林特沃思(Simonayt)博士’的创始人兼董事总经理指出,观点差异的主要根源是您是在CAD环境中还是在分析环境中进行操作。

“Any conventional ]有限元分析或有限元分析]包装无法进行竟彩篮球和制造,甚至无法创建合适的复合材料模型,” he continues. “您需要的是竟彩篮球或分析环境中的专用工具,可以对复合结构进行建模。” 

 
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达索系统的CATIA Composites版本6中的网格竟彩篮球中的交互式层板表èmes. 图片由达索系统提供èmes.

可见性产品和市场策略总监Olivier Guillermin博士对此表示赞同,他说,尽管双方都可能需要模拟复合材料的悬垂性,但意图却有所不同。

“竟彩篮球采用非常详细,完整,可生产的竟彩篮球, 分析使用简化模型进行分析,该模型用于分析分层,屈曲,噪声或振动等行为,” he says.

 
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这说明了使用DIGIMAT到LS-DYNA的宏观响应对过程参数的依赖性。 MMI表示DIGIMAT到Moldflow和LS-DYNA解决方案的过程。 图片由e-Xstream Engineering提供。

无论您使用哪种角度,都应评估零件的可生产性—这意味着您可能希望利用Alpha STAR Corp.等软件包中提供的微机械分析的强大功能。’s GENOA, ESI Group’s SYSPLY,  e-Xstream’的DIGIMAT,Firehole复合材料’Helius:CompositePro或LUSAS Plus Composite。

 确定应用程序的复杂性也将有助于指导您进行适当的选择。 (看“复合材料分析:做出新选择,” 2009年3月,以获取详细的软件功能清单。) 

挖掘细节
没有两个软件包提供相同的功能,因此在这里我们重点介绍10种可能性,以使您了解当今的广度’的工具。有关按常规产品功能分组的更多选项,请参阅“一系列用于竟彩篮球,分析,制造和优化的复合软件,” page 24.

电子流 工程’s 材料建模平台DIGIMAT可提高用户的可预测性和准确性’目前用于增强塑料和多种复合材料的竟彩篮球和分析工具。数码相机’将材料描述与商业CAE代码结合使用(例如非线性FEA求解器,注塑软件等)可以对复合结构进行精确建模’的行为,考虑纤维的取向并确定其在微观结构水平上的作用。 

 在处理由增强塑料制成的模制零件时,e-Xstream Engineering业务开发经理Keith Parmentier指出:“竟彩篮球人员必须能够针对产品性能,重量减轻, 材料成本等,以便选择正确的模具竟彩篮球和材料。 DIGIMAT可以例如表明需要修改模具竟彩篮球以优化增强纤维的分散性或方向,从而获得更高的最终产品性能。”

可见性’s FiberSIM软件套件通过合并CAD系统没有的非几何数据来弥合竟彩篮球制造差距。它可以与基于层,基于区域或基于结构的竟彩篮球一起使用,并且具有针对NX,ANSYS,Pro / ENGINEER(现为Creo Elements / Pro)和CATIA的版本。最近,VISTAGY和ANSYS宣布了FiberSIM 2010的集成版本和ANSYS 13.0 Composite PrepPost软件,以帮助缩短复合材料竟彩篮球和分析之间的循环。集成的双向解决方案(两个软件包的附加模块)将帮助竟彩篮球人员和压力分析人员有效地交换数据,从而消除零件认证和制造之间的脱节。—这是一个巨大的问题,尤其是在航空应用中。

 
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如Firehole Composites软件所分析,层压复合材料中的脱胶和基体破坏。上部图像中的红色表示使用Helius:MCT v4.0中的新粘合功能时,粘合元件失效,表明蒙皮与法兰之间发生了脱粘。在下面的图像中,绿色表示矩阵故障,红色表示光纤故障。该图显示了与物理测试的相关性。 图片由Firehole Composites提供。

拼搏 从欧洲航天局的起源改进了ESAComp。它包括材料数据库,进行材料折衷研究的选项以及层压板分析和铺层竟彩篮球工具。与一般的FE程序相比,它提供了快速, 初始结构分析以及更高级的分析,这些分析考虑了材料特性,层角度和载荷的统计变化。 ESAComp可帮助用户找到最合适的结构概念(例如,实心层压板,夹心板或加劲板),并包括用于压力容器等特殊应用的工具。

 复合材料竟彩篮球领域的另一家知名公司是 防火孔复合材料,提供了四个软件包,其中包括Helius:CompositePro(最初由Peak Composites开发)。

“Prospector:Composites和Helius:CompositePro实际上是前端工具,旨在在复合材料竟彩篮球和分析的早期阶段快速轻松地帮助具有各种专业知识的工程师,”公司Angie Shrader解释说’的工程经理。“Helius:MCT和Helius:Fatigue为FEA提供增强的复合功能。”

 她补充说,后者针对准确性和实用性进行了专门竟彩篮球,将多尺度失效分析方法与针对复合材料的计算方法相结合。

 竟彩篮球完成后,如何改进它? HyperSizer系列产品来自 高力研究公司 解决优化复合零件制造细节的工作—例如,确定哪些层应覆盖零件的长度,可以进行切割以节省重量,以及如何成形最终边界。正如公司总裁Craig Collier解释的那样,该家族的三个主要产品—HyperSizer Material Manager,基本版和专业版—向您展示最有效和可制造的竟彩篮球方法。这有助于确定完整的规格, 包括如何交错层板—节省时间的细节程度, 确保可重复性并协助制造商’符合测试规定。

达索系统 èmes’ 各种版本的CATIA Composites Workbench仍然是许多复合材料竟彩篮球应用程序中广泛使用的工具,因此它’使用它存在多个路径也就不足为奇了。 CATIA Composites产品专家Rani Richardson指出,竟彩篮球师,分析师和制造商之间的合作至关重要,尤其是因为在竟彩篮球师仍在工作的同时,分析师正在进行更新,  for example.

 
复合材料分析和模拟的选项
可见性之间的无缝工作流程’的FiberSIM软件和MSC.Software’■SimXpert将竟彩篮球从初步尺寸调整为最终零件验证。并行过程可帮助竟彩篮球人员和分析人员根据重量,性能,竟彩篮球规格和制造成本来优化零件。 图片由VISTAGY提供。

“所有这些模型都必须同步,并且并非所有工具都可以做到这一点—没有CATIA Composites的能力,”她说,并指出这是因为SIMULIA是达索系统èmes产品,因此与公司良好集成’s brands. “We also use Simulayt’的综合链接,可与ANSYS,Patran / Nastran和Abaqus / CAE进行对话—in some cases, 在双向循环中。”

 理查森说,这种耦合有助于提供一种无缝,集成的分析方法,并且还包括制造过程。

 
NAFEMS世界大会复合材料研讨会
这个月的绝佳时机是聆听有关复合材料竟彩篮球,分析和制造的最新信息’2011年NAFEMS世界大会将于5月23日至26日在波士顿举行。两场会议将围绕该领域的各个方面进行讨论,使您有机会与Firehole Composites,SAMTECH和e-Xstream Engineering的顾问进行交流。了解更多信息,请访问NAFEMS.org/congress。

NEi软件’s NEi Nastran在其后面有着多年的发展,可直接处理定义纤维取向的许多方面。它还通过Simulayt引入了基于层的高级模型构建’的Femap的Composites Modeler和SolidWorks的Composites Modeler。公司之一’的用户,ALLRed的顾问Joseph Joseph &Associates表示,NEi在模拟中包括复合材料方面做得非常出色, 不仅具有改进的模型,而且具有更好的用户界面。

“Now I don’不必花费很多时间来解决问题,” he says. “They’ve使得在某些零件粘在一起而其他零件被压紧的接触点处建立装配更加容易,并且较新的模型使我与验证一致。”

浮雕 是几个相关软件包的开发人员,其中包括大量的层压工具。这个独立的应用程序由六个模块组成:视图,几何,竟彩篮球,分析,检查和制造。它提供了一个集成的解决方案,处理过程的各个方面:从几何图形导入到竟彩篮球(覆盖仿真)和复合材料特有的属性分析,再到生产具有要制造的层板的平面图案的出口层板。参与此过程的所有合作伙伴都可以交换数据。

 此外,作为预处理器和后处理器,Laminate Tools与标准CAD和FEA应用程序交互以产生特定于复合物的结果。它还提供了与Solidworks,Nastran和ANSYS以及Anaglyph的嵌入式接口。’的手工铺层铺层软件,  PlyMatch. 

STRAND7 是通用FEA软件包,具有与系统其余部分紧密集成的可选层压复合材料模块。用户可以轻松地将传统的板/壳组合元素与1D棱镜梁元素以及3D砖块元素组合在一起。该公司指出,它在FEA软件领域的性价比非常吸引小型组织,因为它支持各种竟彩篮球概念评估,详细分析和上班时间表的生成。

 
碳纤维制造厂向宝马供货
一切都始于纤维,我们可以’似乎还不够。宝马正在华盛顿州的摩西湖建设一座工厂,该工厂可能很快就会成为世界’最大的此类工厂。宝马和碳素制造公司西格里集团正在创造这一资源来供应宝马’计划于2015年之前推出的Megacity高科技电动汽车。有关更多信息,请参见goo.gl/YIXum。

Simulayt’s 复合材料领域的解决方案已经持续发展了20年。作为融合了先进的纤维仿真和层建模功能的Layup Technology的开发商,该公司定位于提供可在CAD和CAE系统中运行的软件工具。这些产品已深深嵌入CATIA V5,Abaqus / CAE, SolidWorks和Femap,并允许用户在单个有限元上定义层,以反映实际的制造过程。

 例如,您可以定义一个具有200层的零件,然后按一下按钮即可自动生成2,000个层压板特性—不可能手动完成的任务。

  多层挑战
金属是金属,但是复合材料是整体’球赛。作为防火孔复合材料’ Shrader puts it, “处理复合材料时最大的软件挑战是同时捕获所有涉及的物理,同时还要保持合理的计算时间和资源。”

 您绝对需要专门的工具来达到这种平衡。好消息是,随着用户意识到’指定这些材料的投资回报率很高,软件开发人员就在那里, 扩大他们的支持。

 

一系列用于竟彩篮球,分析,制造和优化的复合软件

以下是复合软件包的示例, 从建模最简单的结构到执行常规和复杂的有限元分析,将其分类。类别之间也存在交叉。

  • 层压板分析工具包:基于经典层压板理论,这些工具使您可以定义由任意叠层薄片制成的扁平层压板材料,并在给定载荷下给定点计算应力和材料破坏。
  • 子结构分析:此类软件可计算简单复合结构(例如管, 梁和其他简单的配置。
  • 微机械结构分析:此过程创建复合材料结构的详细微机械模型,以计算弹性和破坏特性,尤其是渐进破坏。这些工具通常与非线性FEA解算器链接或集成在其中,以预测故障。
  • FEA:大多数FEA软件包都允许用户在壳单元上定义层压复合材料。更高级的封装支持层压的实体和梁单元。一些甚至支持层级建模,您可以在其中定义每个元素上材料的方向。
  • 有限元分析优化软件:该软件可与FEA工具配合使用,并通过使用优化策略来实现所需的结构响应,从而修改元素上的复合材料铺层,从而将制造过程联系起来。
  • 基于FEA的集成竟彩篮球/分析/制造:在FEA环境中,用户可以通过模拟每个层的制造过程并构建堆栈模型来定义高保真复合材料模型。
  • 基于CAD的集成竟彩篮球/分析/制造:在熟悉的CAD环境中,这些工具使用户可以使用基础曲面上的边界曲线来定义层(而不是指定壳体FE)。
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复合材料处理软件的类别公司(产品)
层压板分析立体图(层压分析程序LAP),协作(ESAComp,ComPoLyX),林德尔(层压机)
子结构分析立体图(组件竟彩篮球分析CoDA),协作(ESAComp)
微机械结构分析电子流 Engineering(DIGIMAT),Firehole Composites(Helius:MCT,Prospector:Composites和Helius:CompositePro),Alpha STAR Corporation(ASC)(GENOA),Componeering(ESAComp)
有限元分析(FEA)ADINA,Altair(HyperWorks),ANSYS,Autodesk(Algor),COMSOL,Cranes Software(NISA),LUSAS(LUSAS Plus Composite),MSC.Software,NEi Nastran,SAMTECH,Siemens PLM Software(NX),SIMULIA(Abaqus / CAE) ),Strand7,Vanderplaats R&D (GENESIS)
有限元分析优化高力研究公司(HyperSizer),ESI Group(SYSPLY),e-Xstream Engineering(DIGIMAT),Vanderplaats R&D(GENESIS),合作(ESAComp)
基于有限元分析的集成竟彩篮球/分析/制造MSC软件(Patran层压建模器),用于Abaqus / CAE的Simulayt复合建模器(SIMULIA),用于Femap的Simulayt复合建模器(Siemens PLM软件),带有ANSYS的VISTAGY,Anaglyph(用于Nastran和ANSYS的层压工具)
基于CAD的集成竟彩篮球/分析/制造达索系统 èmes(CATIA V5 / V6复合材料竟彩篮球)(与合作伙伴产品:ESI Group—适用于CATIA V5,Simulayt的PAM-RTM—适用于CATIA V5 / V6的高级光纤建模器,适用于CATIA V5 / V6的Composites Link,VISTAGY(适用于NX,ANSYS,Pro / ENGINEER和CATIA V4 / V5的FiberSIM),Simulayt(适用于SolidWorks的复合建模器),Anaglyph(适用于SolidWorks的层压工具) )

更多信息:
阿迪娜R&D
阿尔法之星
全红&  Associates
Altair工程
浮雕
ANSYS
欧特克
高力研究公司
拼搏
起重机软件
达索系统 èmes
ESI集团
电子流工程
防火孔复合材料
林德尔
卢萨斯
MSC软件
NEi软件
PTC
三泰
西门子PLM软件
Simulayt
西米利亚
7股
范德普拉斯&D
可见性


特约编辑 帕梅拉·沃特曼,DE’的模拟专家,是亚利桑那州的一名电气工程师和自由技术作家。您可以发送她的电子邮件至 [电子邮件 protected].

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帕梅拉·沃特曼

帕梅拉·沃特曼(Pamela Waterman)担任数字工程’的特约编辑长达二十年。通过联系她 (必须启用JavaScript才能查看此电子邮件地址)。.

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