复合材料数据整体解决方案

2018-05-14  by:CAE仿真在线  来源:互联网

航空航天、汽车、风力发电和先进材料生产企业正希望应用新的复合材料技术,将现有材料性能推向极限。

由于这些行业的产品工作环境更加恶劣,为了能够让复合材料技术在产品中发挥最大的效果,企业需要有效处理和利用来自材料测试、研发、Q&A、供应商或外部参考资源等的大量复杂数据。

1、问题

那么,目前什么制约了这些行业的复合材料技术应用呢?概括说来,主要包括以下几点:

• 复合材料数据管理和应用的挑战。对于每一个复合材料性能的研究,需要获取所有其组成成分(基体、增强材料)的数据、组分内部关系、零件几何信息以及加工工艺过程数据

• 复合材料数据录入、查找、审核和溯源困难,导致复合材料数据应用效率低,并给产品质量带来风险

• 测试计划和认证报告编写耗费时间,且容易出错

• 仿真用的材料模型非常复杂,人工处理容易出现错误,导致错误的仿真结果

• 找不到权威、可靠的复合材料性能参考数据做对照

2、MI:Composites解决方案

GRANTA MI:Composites™是业界权威的复合材料数据解决方案,方案涵盖材料测试、研发、QA、仿真分析、轻量化设计以及材料认证等业务。

2.1复合材料数据采集和管理

复合材料数据包括材料本身组分信息(基体、增强材料、预浸料、层合板)、加工工艺、几何结构、测试数据(拉伸、压缩、面内剪切、弯曲)、统计分析数据、设计许用数据、测试设备、测试报告等。

复合材料数据的结构分类

MI: Composites提供上述所有数据的统一存储和结构化管理(如上图所示),保证数据一致性,工程师对所有数据进行浏览、搜索、绘图、比较等。数据库还提供数据之间的链接,实现数据溯源。

2.2复合材料性能认证-qualification

MI: Composites让复合材料的认证流程变得更加高效。

每个复合材料的研究都要经历多个阶段:发起材料测试请求、执行材料测试、分析测试结果、生成测试报告、测试报告审核、材料性能发布等。

GRANTA MI能够支持整个工作流程,提供工具帮助实现测试任务指定、追踪测试进展、测试结果导入、数据分析以及生成材料测试报告等,大大缩短材料测试和性能认证所需要的时间,并对整个过程提供数据追溯,保证数据准确性。

2.3轻量化设计选材

产品轻量化的任务 – 在满足产品功能要求的基础上,从成千上万种材料中找到能够最大化实现产品轻量化的材料。

MI: Composites提供定量的和图形化的轻量化设计选材工具。

• 定量化选材:可以通过设定材料性能参数的约束,实现基于海量数据的设计选材

• 图形化选材:可将多种材料放在同一张图中,对比其轻量化参数(Density vs Yield Strength/Young’s modulus)实现轻量化选材,如下图所示

横坐标Density越小代表材料越轻,纵坐标Young’s modulus越大代表模量越高,那么图中左上角的材料会是轻量化设计中更好的选择

2.4仿真分析调用复合材料性能数据

仿真分析对于理解和优化复合材料性能至关重要,但前提是基于准确的数据输入。

GRANTA MI提供材料数据到各类CAD, CAE, PLM软件的连接,能够实现复合材料模型数据的格式化导出,以及在设计、分析过程中对复合材料数据的调用。

CATIA中直接调用材料数据

ABAQUS调用材料数据

2.5复合材料参考数据

MI: Composites中提供全球范围内权威的复合材料参考数据库

• CMH-17: 提供1000多条Mil-Handbook-17中的高级复合材料测试数据,包含聚合物基体、金属基体和陶瓷基体复合材料,所含数据主要为航空用复合材料。该数据可用作复合材料的设计和制造过程的参考。

• Composites QED: 航空航天工业中常用复合材料数据,包含测试数据、设计数据、材料加工过程数据、成分材料参数(纤维、基体、预浸料、层合板)。包含44个复合材料系统, 483 条设计数据记录,以及28,000条测试数据记录。

• Firehole Composites: 数据涵盖超过300种连续纤维增强聚合物复合材料等级,1000+条材料数据,包含不同测试条件(例如室温干燥,高温湿润等)信息、成分(纤维,基质材料等)、供应商、形态以及测试结果数据。来自复合材料制造商、测试实验室和研究机构。

3、复合材料项目案例

Airbus Helicopters

Airbus Helicopters在欧洲(德国和法国)有3个不同的研发机构,超过100名工程师,最初的时候由于缺少统一的材料数据管理系统导致彼此之间形成“信息孤岛”。

AirbusHelicopters基于GRANTA MI系统构建了他们的材料数据管理系统(AMAZE),来管理他们的复合材料数据,包含:

• 供应商数据

• 材料力学、物理、化学测试数据

• 历史遗留在纸质文档中的数据

• 从外部测试实验室反馈的数据

GRANTA MI系统为Airbus Helicopters带来的主要价值在:

• 数据可追溯性。

• 材料数据统一存储保证了数据一致和权威性,降低了数据单独存储和使用带来的风险。

• 实现了多地、不同部门间的数据共享和协同。

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