Ansys 材料設計研究應用

Ansys複合材料的微觀結構

如何模擬和設計複合材料和其他複雜材料的微觀結構?對於工程師來說,捕捉和模擬材料的微觀結構並不容易——比如複合材料。如果工程師必須忠實地考慮微觀結構的所有細節,進行有限元模擬的計算負荷將遠遠超出目前的計算能力。

Ansys複合材料的微觀結構

對於工程師來說,捕捉和模擬材料的微觀結構並不容易——比如複合材料。如果工程師必須忠實地考慮微觀結構的所有細節,進行有限元模擬的計算負荷將遠遠超出目前的計算能力。

                               材料微觀結構可能過於復雜,無法以精細的細節水平捕捉。
             就像在使用拓撲優化設計的複雜支架(右)中使用未對準的光纖微結構(左)一樣。

 

考慮到更複雜幾何的趨勢——比如拓撲優化的幾何和裝配——模擬的計算負載將會增加。如果這些複雜的幾何形狀也具有復雜的微觀結構,則模擬它們的唯一方法是使材料特性均勻化。

Ansys Material Designer 在Ansys Mechanical Enterprise 中可用,使工程師能夠優化微觀結構並使複雜材料和複合材料的材料特性均勻化。

有關 Material Designer 的深入說明,請觀看以下影片:

展示 Material Designer 將複雜材料和複合材料的材料特性均勻化的能力。

 

Material Designer 如何定義複合材料的微觀結構

Material Designer 能夠計算異質材料架構的彈性和熱特性——比如複合材料中的架構。

它通過首先定義基礎材料的屬性和顯微組織的代表性體積元素 (RVE) 來實現這一點。

RVE 被定義為材料的最小體積元素,具有宏觀模型中使用的典型材料屬性的準確統計表示。

工程師可以使用 Material Designer 自訂尺寸並影響 RVE 的尺寸和材料屬性。他們甚至可以製作自訂的 RVE。

Material Designer 捕捉異質材料架構的材料響應,並將其擴展為同質化的宏觀行為。

 

Material Designer 中預設了多個 RVE 幾何圖形,但工程師也可以製作使用者自定義的 RVE。

 

使用 Material Designer,工程師可以根據自定義和預設的幾何類型來分析 RVE。Material Designer 中可用的一些預設微觀結構包括:

  • 單向光纖
  • 編織纖維
  • 切碎的隨機纖維
  • 長而隨機的纖維
  • 切碎、有序的纖維
  • 長而有序的纖維

工程師還可以使用晶格定義材料的微觀結構。這些晶格可以是使用者自訂的或基於預設的形狀,如菱形、立方體、八位字節或金字塔。

 

使用 Material Designer 模擬複雜的複合微結構

一旦 Material Designer 定義了材料微觀結構的均質屬性,就可以在 Ansys Mechanical 或 Ansys Workbench 中使用這些數據。

通過 Material Designer 計算的材料屬性可以在後續模擬中重複使用。這意味著一旦工程師完成新材料或複合材料的設計,他們就可以將他們的工作重複用於其他零件設計。

此外,不同的 Material Designer 分析單元可以在模擬中聯繫在一起。這有助於工程師捕捉材料屬性如何根據規模和位置而變化。

最後,Material Designer 可以完全參數化。這使工程師能夠通過將參數傳遞到優化工作流程來優化 RVE 架構和材料屬性。

 

                                     Material Designer 分析單元可以連接在一起以獲得不同比例和位置的材料行為。 

 


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