復合材料數據整體解決方案

2018-05-14  by:CAE仿真在線  來源:互聯網

航空航天、汽車、風力發電和先進材料生產企業正希望應用新的復合材料技術,將現有材料性能推向極限。

由于這些行業的產品工作環境更加惡劣,為了能夠讓復合材料技術在產品中發揮最大的效果,企業需要有效處理和利用來自材料測試、研發、Q&A、供應商或外部參考資源等的大量復雜數據。

1、問題

那么,目前什么制約了這些行業的復合材料技術應用呢?概括說來,主要包括以下幾點:

• 復合材料數據管理和應用的挑戰。對于每一個復合材料性能的研究,需要獲取所有其組成成分(基體、增強材料)的數據、組分內部關系、零件幾何信息以及加工工藝過程數據

• 復合材料數據錄入、查找、審核和溯源困難,導致復合材料數據應用效率低,并給產品質量帶來風險

• 測試計劃和認證報告編寫耗費時間,且容易出錯

• 仿真用的材料模型非常復雜,人工處理容易出現錯誤,導致錯誤的仿真結果

• 找不到權威、可靠的復合材料性能參考數據做對照

2、MI:Composites解決方案

GRANTA MI:Composites?是業界權威的復合材料數據解決方案,方案涵蓋材料測試、研發、QA、仿真分析、輕量化設計以及材料認證等業務。

2.1復合材料數據采集和管理

復合材料數據包括材料本身組分信息(基體、增強材料、預浸料、層合板)、加工工藝、幾何結構、測試數據(拉伸、壓縮、面內剪切、彎曲)、統計分析數據、設計許用數據、測試設備、測試報告等。

復合材料數據的結構分類

MI: Composites提供上述所有數據的統一存儲和結構化管理(如上圖所示),保證數據一致性,工程師對所有數據進行瀏覽、搜索、繪圖、比較等。數據庫還提供數據之間的鏈接,實現數據溯源。

2.2復合材料性能認證-qualification

MI: Composites讓復合材料的認證流程變得更加高效。

每個復合材料的研究都要經歷多個階段:發起材料測試請求、執行材料測試、分析測試結果、生成測試報告、測試報告審核、材料性能發布等。

GRANTA MI能夠支持整個工作流程,提供工具幫助實現測試任務指定、追蹤測試進展、測試結果導入、數據分析以及生成材料測試報告等,大大縮短材料測試和性能認證所需要的時間,并對整個過程提供數據追溯,保證數據準確性。

2.3輕量化設計選材

產品輕量化的任務 – 在滿足產品功能要求的基礎上,從成千上萬種材料中找到能夠最大化實現產品輕量化的材料。

MI: Composites提供定量的和圖形化的輕量化設計選材工具。

• 定量化選材:可以通過設定材料性能參數的約束,實現基于海量數據的設計選材

• 圖形化選材:可將多種材料放在同一張圖中,對比其輕量化參數(Density vs Yield Strength/Young’s modulus)實現輕量化選材,如下圖所示

橫坐標Density越小代表材料越輕,縱坐標Young’s modulus越大代表模量越高,那么圖中左上角的材料會是輕量化設計中更好的選擇

2.4仿真分析調用復合材料性能數據

仿真分析對于理解和優化復合材料性能至關重要,但前提是基于準確的數據輸入。

GRANTA MI提供材料數據到各類CAD, CAE, PLM軟件的連接,能夠實現復合材料模型數據的格式化導出,以及在設計、分析過程中對復合材料數據的調用。

CATIA中直接調用材料數據

ABAQUS調用材料數據

2.5復合材料參考數據

MI: Composites中提供全球范圍內權威的復合材料參考數據庫

• CMH-17: 提供1000多條Mil-Handbook-17中的高級復合材料測試數據,包含聚合物基體、金屬基體和陶瓷基體復合材料,所含數據主要為航空用復合材料。該數據可用作復合材料的設計和制造過程的參考。

• Composites QED: 航空航天工業中常用復合材料數據,包含測試數據、設計數據、材料加工過程數據、成分材料參數(纖維、基體、預浸料、層合板)。包含44個復合材料系統, 483 條設計數據記錄,以及28,000條測試數據記錄。

• Firehole Composites: 數據涵蓋超過300種連續纖維增強聚合物復合材料等級,1000+條材料數據,包含不同測試條件(例如室溫干燥,高溫濕潤等)信息、成分(纖維,基質材料等)、供應商、形態以及測試結果數據。來自復合材料制造商、測試實驗室和研究機構。

3、復合材料項目案例

Airbus Helicopters

Airbus Helicopters在歐洲(德國和法國)有3個不同的研發機構,超過100名工程師,最初的時候由于缺少統一的材料數據管理系統導致彼此之間形成“信息孤島”。

AirbusHelicopters基于GRANTA MI系統構建了他們的材料數據管理系統(AMAZE),來管理他們的復合材料數據,包含:

• 供應商數據

• 材料力學、物理、化學測試數據

• 歷史遺留在紙質文檔中的數據

• 從外部測試實驗室反饋的數據

GRANTA MI系統為Airbus Helicopters帶來的主要價值在:

• 數據可追溯性。

• 材料數據統一存儲保證了數據一致和權威性,降低了數據單獨存儲和使用帶來的風險。

• 實現了多地、不同部門間的數據共享和協同。

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