Для того, чтобы композитные материалы были широко приняты в производстве, необходимо глубокое понимание поведения таких материалов для проектирования точных и надежных композитных структур. Для этого требуется инструмент CAE, с помощью которого можно моделировать различные многофизические явления как для традиционных материалов, так и для композиционных материалов.
Картинная галерея
Имитация разных явлений в одной среде
Программное обеспечение Comsol Multiphysics для моделирования позволяет пользователю моделировать большое количество типов материалов для приложений, связанных с одним или несколькими физическими явлениями, такими как структурная механика, акустика, поток жидкости и теплопередача, в одном графическом интерфейсе пользователя. Модуль композитных материалов, дополнение к модулю структурной механики, использует технологию материалов специального слоя и предлагает два подхода, с помощью которых можно точно моделировать композитные оболочки: теория послойных слоев и эквивалентная однослойная теория.
Что такое композитный материал?
Композитный материал создается путем объединения двух или более интегрированных компонентов, которые часто имеют очень разные свойства. Комбинация этих материалов дает композиционному материалу улучшенные структурные свойства. Новый материал может быть предпочтительным по многим причинам. Типичными примерами являются материалы, которые могут быть прочнее, долговечнее, легче или дешевле, чем обычные материалы. Типичными композитными материалами являются: армированные пластики, такие как армированный волокном полимер или стекловолокно, керамические матричные композиты (композитные керамические и металлические матрицы) и металлические матричные композиты. Эти композитные материалы часто используются в самолетах (например, крыльях и фюзеляжах), в оборонных целях (например, в танках и подводных лодках), в строительстве (например, в рамах и панелях),используется в потребительских и спортивных товарах (например, в теннисных ракетках и ручках для клюшек для гольфа), а также в различных автомобильных компонентах.
Моделирование композитных ламинатов
Модуль Comsol Composite Materials идеально подходит для комплексного моделирования композитных ламинатов различной длины (многоуровневое моделирование). Этот модуль содержит встроенные интерфейсы и модели материалов для структурного моделирования композитных ламинатов. В дополнение к регулярным структурным анализам (таким как стационарный анализ, анализ собственной частоты, переходный процесс, линейное изгибание и другие анализы) также могут быть выполнены моделирование отказов, расслоения и многомасштабное моделирование.
Особенности для анализа
Анализ композитного ламината сравнительно сложен, потому что он включает в себя различные геометрические масштабы. Доступны следующие функции:
- Микромеханический анализ, основанный на эквивалентном однослойном подходе, помогает определить гомогенизированные свойства материала одного слоя (например, ламината) или типичной элементарной ячейки. Невозможно моделировать отдельные волокна в каждом слое ламината. Вместо этого для оценки упругих свойств одного слоя используется упрощенная микромеханическая модель. Эти свойства затем используются в гомогенизированной модели многослойного композита.
- С другой стороны, Comsol также можно использовать для расчета поведения многослойного ламината при различных условиях нагрузки (макромеханика). Композиты состоят из нескольких слоев, которые склеены или ламинированы вместе, и иногда связь между двумя слоями может работать в определенной области. Моделирование этого расслоения особенно важно для точного прогнозирования поведения поврежденного композитного ламината. Comsol имеет специальные интерфейсы, основанные на теории слоев, чтобы сделать это возможным.
Симуляция досье
Как моделирование улучшает разработку продукта
Модель мультифизических эффектов
Композитные ламинаты разработаны на основе структурных требований в большинстве случаев. Однако в некоторых случаях необходимо учитывать и другие физические явления. В этих случаях характер взаимодействия между композитом и другими процессами может происходить либо внутри слоев ламината, либо с ламинатом в качестве кромки. Оба типа взаимодействия могут быть изучены в Comsol. Для исследования тепловых и электрических эффектов, таких как джоулев нагрев и тепловое расширение, важно разработать ламинат, основанный на комбинированной реакции разных слоев. Используя разные физические интерфейсы для электромагнетизма и переноса тепла в одном и том же слое материала, связь этих явлений может быть точно проанализирована.
Легкая конструкция экономит ресурсы и вес и больше не играет важной роли в автомобильной промышленности. Легкая встреча конструкция пользователь объясняет, как конструкции становятся свет еще нестабилен и какие преимущества они приносят.
Дополнительная информация: встреча пользователей для облегченной конструкции
Другие приложения мультифизического программного обеспечения
В некоторых других физических процессах, таких как взаимодействие структуры жидкости между композитным ламинатом и окружающей жидкостью, ламинат действует как кромка. Используя исследование, основанное на эквивалентной однослойной теории, специальная мультифизическая связь акустики с композитными материалами также позволяет детально исследовать акустико-структурное взаимодействие со слоистыми линейными упругими материалами.
Дополнительная информация по трем вопросам для Павана Соами
Почему Comsol разработал модуль для композитных материалов?
Композиты имеют множество применений в различных областях, но для проектирования надежных композитных конструкций необходимо глубокое понимание поведения таких материалов.
Каковы преимущества для разработчиков?
Поскольку композитные ламинаты состоят из нескольких слоев различных материалов, ориентации волокон, толщины и т. Д., Модуль композитных материалов предлагает ряд специальных инструментов для визуализации структуры и предоставления информации удобным способом. Поскольку композитные ламинаты анизотропны и в основном неоднородны в направлении проталкивания, обычно недостаточно оценить результаты только на контрольной поверхности. Вы должны быть в состоянии оценить результаты как в пределах каждой смены, так и в направлении пробега.
Для каких задач подходит модуль?
Модуль композитных материалов содержит интерфейсы и модели материалов для моделирования композитных ламинатов, в зависимости от того, какая теория слоев предпочтительна и какой тип анализа проводится. В дополнение к регулярному структурному анализу, также может быть выполнено разрушение слоя и многомасштабное моделирование. Следует также отметить, что вместе с модулем оптимизации можно оптимизировать геометрические размеры, составное расположение, толщину слоев, ориентацию волокон и свойства материалов ваших конструкций.
* Паван Соами, менеджер по продукту, модуль композитных материалов, Comsol