隨著計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的興起，將計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)用于復(fù)合材料的研發(fā)和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化成為主流趨勢(shì)和必然方向，出現(xiàn)了很多基于層合板理論的復(fù)合材料力學(xué)分析程序和商用軟件包，本次推薦的Digimat就是其中的佼佼者，Digimat2017也是其被MSC公司收購(gòu)后推出的最新版本，歡迎下載體驗(yàn)。

作為一款非線性多尺度材料和結(jié)構(gòu)物建模平臺(tái)，Digimat 2017提供一整套最佳建模解決方案，針對(duì)材料開發(fā)人員和結(jié)構(gòu)分析人員提供了六個(gè)主要模塊，涵蓋多相材料的性能預(yù)報(bào)、材料微觀結(jié)構(gòu)建模與分析、材料數(shù)據(jù)管理、材料模型的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)校對(duì)、工藝分析結(jié)果的讀取與映射、工藝仿真軟件和結(jié)構(gòu)有限元軟件的接口，以及蜂窩或泡沫夾芯結(jié)構(gòu)的虛擬設(shè)計(jì)和虛擬實(shí)驗(yàn)等。可滿足復(fù)合材料供應(yīng)商和終端用戶設(shè)計(jì)最佳的新款材料和結(jié)構(gòu)物的需要，包括原材料的復(fù)合（例如工程塑料、橡膠和碳纖維增強(qiáng)塑料CFRP等）以及制成品的加工工藝（例如注塑成型法）等。

功能模塊介紹：

1、DIGIMAT-MF

DIGIMAT-MF是基于Eshelby夾雜理論，采用Mean Field均勻化方法的多相材料非線性材料本構(gòu)預(yù)測(cè)工具。作為一種半分析方法，DIGIMAT-MF可以對(duì)所有增強(qiáng)相為橢圓形拓?fù)涞亩嘞嗖牧线M(jìn)行快速準(zhǔn)確的性能預(yù)測(cè)，獲得剛度矩陣和工程常熟，并可通過(guò)定義失效準(zhǔn)則和虛擬實(shí)驗(yàn)的加載條件，給出虛擬實(shí)驗(yàn)曲線。

在DIGIMAT-MF中，只需要輸入每一相材料的材料本構(gòu)，通過(guò)定義復(fù)合材料的微結(jié)構(gòu)信息，如增強(qiáng)材料的形狀、增強(qiáng)材料的體積含量、增強(qiáng)材料的方向分布和鋪層信息等就可以快速獲得均化后的材料本構(gòu)。

DIGIMAT-MF中的均化算法包括：Mori-Tanaka法;雙夾雜法;第一階和第二階均化;多級(jí)多步均化。DIGIMAT-MF支持的單相材料本構(gòu)模型包括：力學(xué)/熱力學(xué)本構(gòu)(線彈性、熱線彈性(各向同性、橫觀各向同性、正交各向異性和各向異性)、線粘彈性、彈塑性、熱彈塑性、考慮Lemaitre-Chaboche損傷的彈塑性彈粘塑性、熱彈粘塑性、粘彈粘塑性、超彈性(有限應(yīng)變)和彈粘塑性(有限應(yīng)變)等)、熱學(xué)模型(傅立葉定律)和電學(xué)模型(歐姆定律)等。

DIGIMAT-MF支持的微觀結(jié)構(gòu)包括：多增強(qiáng)相夾雜、層合板、橢球拓?fù)湓鰪?qiáng)相(球狀、片層狀、短纖維、連續(xù)纖維)、增強(qiáng)相長(zhǎng)徑比分布概率定義、增強(qiáng)相方向定義(統(tǒng)一方向、隨機(jī)方向、二階分布矢量)、空洞夾雜和界面相定義，以及剛體、準(zhǔn)剛體和變形體增強(qiáng)相。

DIGIMAT-MF支持的虛擬實(shí)驗(yàn)加載包括：?jiǎn)握{(diào)加載、循環(huán)加載、自定義歷程加載;多向應(yīng)力應(yīng)變載荷;力學(xué)載荷、熱力學(xué)載荷;預(yù)測(cè)熱傳導(dǎo)和導(dǎo)電性能;加載有限元軟件分析結(jié)果。

DIGIMAT-MF支持的失效模式包括：

(1)FPGF模型 (First Pseudo-Grain Failure模型)，用于短纖維增強(qiáng)材料的漸進(jìn)失效。

(2)失效準(zhǔn)則可建立在宏觀和單相(纖維、基體等)等不同尺度上。

(3)失效模型包含：最大應(yīng)力、最大應(yīng)變、Tsai-Hill2D&3D、Azzi-Tsai-Hill2D、Tsai-Wu2D&3D、Hashin-Rotem2D、Hashin2D&3D等。

(4)與應(yīng)變率相關(guān)的失效準(zhǔn)則。

(5)Leonov-EGP或超彈材料的失效準(zhǔn)則。

作為DIGIMAT的核心模塊，DIGIMAT-MF可以幫助用戶快速建立非線性的復(fù)合材料模型，預(yù)報(bào)不同材料、不同微結(jié)構(gòu)特征下的材料性能變化，DIGIMAT-MF所建立的材料模型可用于材料數(shù)據(jù)庫(kù)的輸入、保存、管理以及在與有限元軟件耦合計(jì)算中的調(diào)用。

2、DIGIMAT-FE

DIGIMAT是通過(guò)建立反應(yīng)材料微觀結(jié)構(gòu)特征的代表性體積單元(RVE)，并通過(guò)有限元分析獲取材料均化性能和微觀尺度上局部應(yīng)力應(yīng)變情況的模塊。通過(guò)定義單相材料的材料本構(gòu)模型，微結(jié)構(gòu)的幾何特征即可采用相應(yīng)的隨機(jī)算法生成材料微觀結(jié)構(gòu)特征單元的隨機(jī)幾何模型，并通過(guò)調(diào)用商用有限元程序計(jì)算材料微觀結(jié)構(gòu)上的應(yīng)力應(yīng)變分布情況，并可在后處理中分析應(yīng)力應(yīng)變的分布概率以及材料的等效均化本構(gòu)模型。

相比MF方法，DIGIMAT-FE能夠模擬的增強(qiáng)相幾何形狀更為廣泛，軟件提供了多種用于描述增強(qiáng)相的基本幾何拓?fù)?，并可通過(guò)幾何的重疊干涉獲得更為復(fù)雜的增強(qiáng)相幾何，此外還可以導(dǎo)入自定義的增強(qiáng)相幾何文件。

DIGIMAT-FE支持的微結(jié)構(gòu)包括：微結(jié)構(gòu)幾何定義(纖維體積含量、纖維形狀和增強(qiáng)相方向定義(統(tǒng)一方向、隨機(jī)方向和二階分布矢量))、增強(qiáng)相尺寸分布概率定義、涂層或界面定義、增強(qiáng)相的聚集定義、纖維樹脂之間的脫粘和鋪層結(jié)構(gòu)。

微觀結(jié)構(gòu)分析的后處理主要分為兩部分。首先是商用有限元程序中的后處理結(jié)果，在FEA軟件的后處理中可以得到纖維和樹脂上的應(yīng)力應(yīng)變分布，相應(yīng)失效因子的分布，以及界面脫粘情況。另外還可以用過(guò)DIGIMAT-FE的后處理對(duì)纖維和樹脂上的應(yīng)力應(yīng)變分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，獲得分布概率和平均結(jié)果。

3、DIGIMAT-MX

DIGIMAT-MX是DIGIMAT的材料數(shù)據(jù)庫(kù)，用于存儲(chǔ)、管理材料試驗(yàn)數(shù)據(jù)和DIGIMAT材料模型。很多著名的復(fù)合材料廠商為DIGIMAT-MX提供了公開的材料數(shù)據(jù)。通過(guò)DIGIMAT-MX，材料供應(yīng)商和材料使用部門之前的材料性能數(shù)據(jù)鏈被聯(lián)系起來(lái)，通過(guò)加密處理，材料數(shù)據(jù)供應(yīng)商可以定向地將數(shù)據(jù)發(fā)布給特定的使用者，而不會(huì)被使用者獲取材料模型的細(xì)節(jié)，從而有效地保護(hù)供應(yīng)商的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

逆向工程是MX的另一個(gè)重要功能。復(fù)雜本構(gòu)模型的單相材料(如樹脂、界面相和雜質(zhì)相等)的力學(xué)性能往往是很難獲得的，需要大量的實(shí)驗(yàn)。逆向工程可以幫助用戶利用少量的宏觀實(shí)驗(yàn)曲線，通過(guò)逆向回歸迭代，得到需要修正的單相材料的材料本構(gòu)。復(fù)合材料往往由于材料缺陷和工藝缺陷，呈現(xiàn)實(shí)際材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線與理論模型存在偏差的現(xiàn)象，使用逆向工程可以將這些缺陷造成的非線性特征考慮在材料模型中，從而使材料模型更加貼近實(shí)際情況。

逆向工程支持的回歸數(shù)據(jù)包括：材料本構(gòu)((熱)線彈性、粘彈性、(熱)彈塑性和(熱)彈粘塑性等)和其他可回歸的特征數(shù)據(jù)(纖維長(zhǎng)徑比、失效模型中的材料強(qiáng)度、材料性能與溫度的相關(guān)性)等。

4、DIGIMAT-CAE

DIGIMAT-CAE是DIGIMAT與其他有限元程序的接口，通過(guò)DIGIMAT-CAE，工藝仿真軟件、DIGIMAT-MF和結(jié)構(gòu)仿真軟件被連接起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)考慮工藝影響的多尺度耦合的結(jié)構(gòu)有限元仿真。

DIGIMAT-CAE支持的FEA軟件包括：Nastran Sol400、NastranSol600、Nastran Sol700、MSC.Marc、Abaqus/CAE、Standard& Explicit、ANSYS Mechanical、LS -DYNA Implicit &Explicit、Optistruct、PAM-CRASH、RADIOSS和SAMCEF-Mecano。

5、DIGIMAT-MAP

復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)性能往往受到工藝的顯著影響，因此在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析時(shí)，考慮其工藝影響是十分必要的。然而由于算法的差異，工藝仿真所使用的網(wǎng)格往往與結(jié)構(gòu)分析所使用的網(wǎng)格無(wú)論從尺寸上還是從類型上都是截然不同的。DIGIMAT-MAP是一款功能強(qiáng)大的映射工具，可以將工藝分析得到的結(jié)果映射到結(jié)構(gòu)分析的網(wǎng)格上。DIGIMAT支持的映射數(shù)據(jù)包括：纖維方向分布、溫度、殘余應(yīng)力和熔接線等。

DIGIMAT -MAP支持的網(wǎng)格格式包括：Patran、Abaqus、ANSYS、Ideas、LS-DYNA、PAM-CRASH、RADIOSS、REM3D、SAMCEF和3DTimon。

DIGIMAT -MAP支持的映射數(shù)據(jù)格式包括：DIGIMAT、Moldex3D、Moldflow Mid-Plane、Moldflow

3D、REM3D、SigmaSoft和3DTimon。

7、Micross

夾層結(jié)構(gòu)(蜂窩或泡沫)以輕質(zhì)、高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等特點(diǎn)被越來(lái)越多地應(yīng)用在航空航天工業(yè)。然而由于實(shí)際的試樣試驗(yàn)中無(wú)法避免夾具產(chǎn)生的應(yīng)力集中，在這樣的應(yīng)力集中下，蜂窩結(jié)構(gòu)極容易被壓扁，因此很難采用實(shí)際實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確獲得蜂窩夾層板的力學(xué)性能。Micross是一個(gè)蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。在Micross中，用戶通過(guò)定義蜂窩的基本幾何形狀和材料本構(gòu)，定義蒙皮材料，通過(guò)調(diào)用自帶的有限元求解程序即可以實(shí)現(xiàn)對(duì)蜂窩夾層板三點(diǎn)彎曲、四點(diǎn)彎曲、面內(nèi)剪切等典型實(shí)驗(yàn)結(jié)果的預(yù)測(cè)，并自動(dòng)生成分析報(bào)告。

Micross支持的失效模式包括：芯材(最大應(yīng)力)和蒙皮(最大應(yīng)力、Tsai-Wu、Tsai-Hill和Azzi-Tsai-Hill)等。

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