塞拉尼斯公司是一家全球化工技術和特種材料公司。作為化工行業(yè)內(nèi)公認的創(chuàng)新型公司，其設計和制造一系列與生活息息相關的產(chǎn)品。公司龐大而多元化的全球客戶群涵蓋了眾多行業(yè)內(nèi)的主要企業(yè)。公司業(yè)務在全球均衡分布，涉及多個終端應用領域，廣泛用于消費品和工業(yè)品。塞拉尼斯聯(lián)合海克斯康，致力于構建在NVH和熱沖擊載荷下，復合材料性能精確評估的工作流程及解決方案。

01     介  紹

Digimat是?？怂箍灯煜乱豢顚Ｗ⒂诙喑叨葟秃喜牧戏蔷€性材料本構預測和材料建模的商用軟件包。Digimat能夠幫助用戶預測多相材料的宏觀性能，支持的材料范圍涉及包含連續(xù)纖維、長纖維、短纖維、纖維編織、晶須、顆粒、片層等所有增強相和包括樹脂基、金屬基和陶瓷基在內(nèi)的多類基體材料。廣泛的軟件接口可以為幾乎所有的主流有限元程序提供材料模型或進行多尺度的耦合分析。多尺度的分析結果使得對材料和結構的失效預測更加準確。

圖1. Digimat軟件界面

02     在NVH的應用         

復合材料大量應用于汽車零部件及總成結構中，在針對此類型結構進行動力學仿真分析時，傳統(tǒng)的有限元仿真分析無法考慮復合材料的復雜的粘彈性各向異性行為，只能認為材料是各向同性的，因此不能準確描述結構的NVH響應。

Digimat作為一款專注于復合材料仿真分析的軟件，其中粘彈性材料卡片可以考慮頻率對剛度和阻尼的影響，以及各向異性力學性能和材料阻尼，如圖2所示。因此能夠對復合材料結構進行精確的有限元分析，幫助工程師正確設計塑料部件，以獲得產(chǎn)品最佳的NVH性能。

圖2. Digimat的粘彈性材料卡片

Digimat的材料卡片參數(shù)可以通過實驗獲得，通過測試不同頻率和溫度下的G'&G”曲線，利用時間-溫度等效原理，將主曲線組裝成相對于給定溫度的唯一曲線。利用Digimat MX模塊中的材料逆向工程，可以實現(xiàn)對粘彈性材料卡片的校準，如圖3所示。校準后的材料卡片可以準確預測準靜態(tài)剛度，以及應用頻率范圍的結果（通常大于50Hz）。

圖3. Digimat MX中PA66 GF35% - 90C & DAM材料的校準結果

將得到的材料卡片用于實際產(chǎn)品的諧響應仿真分析中，并與不同溫度下的錘擊實驗結果進行對比，如圖4所示。結果表明，通過Digimat引入各向異性的粘彈性材料模型，仿真結果和實驗結果符合的較好；相較于之前的各向同性材料模型，Digimat和有限元軟件的聯(lián)合仿真能夠實現(xiàn)更精確的零部件性能模擬。

圖4. 不同溫度錘擊實驗，有限元仿真結果與實驗結果對比

03     在熱沖擊的應用

純電動汽車中的母線主要負責各種系統(tǒng)中傳導電流，本文使用的母線類型為包覆成型母線，其關鍵性能要求為能夠承受熱循環(huán)和熱沖擊而不出現(xiàn)開裂。

圖5. 電動汽車中的包覆成型母線結構

塞拉尼斯利用仿真分析方法和內(nèi)部測試臺來對母線結構進行熱沖擊評估，通過材料選擇和設計優(yōu)化來提高母線的性能。用于熱機械分析的有限元聯(lián)合方法工作流程如下：

1. 填充分析：提供玻璃纖維取向和插入位移

2. 熱結構分析：預測潛在的熱循環(huán)失效，并優(yōu)化母線設計

3. Digimat的TEP卡片：溫度和纖維取向對材料性能的影響模型

圖6. 熱機械分析的有限元聯(lián)合方法

通過Digimat和有限元軟件的聯(lián)合仿真分析，能夠更好地捕捉失效關鍵位置并改進有限元分析的精度（圖7）。進一步，還可以針對母線結構進行熱循環(huán)載荷下的失效分析（圖8）。

圖7. Digimat和有限元聯(lián)合仿真方法能夠更好捕捉失效關鍵位置

圖8. 母線結構三個熱循環(huán)載荷后的失效指標評估

04     總  結   

● 塞拉尼斯建立了Digimat和有限元軟件的聯(lián)合仿真分析工作流程，用于改進材料建模和數(shù)值預測

● 塞拉尼斯建立了相應的測試平臺，以加深對復合材料行為的理解

● 塞拉尼斯與?？怂箍翟跓釠_擊失效預測方面的開發(fā)和合作正在進行中

● Digimat粘彈性材料卡已被用于支持電動汽車防振部件的開發(fā)以及同類產(chǎn)品和零件的設計

（?？怂箍倒I(yè)軟件）

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