領(lǐng)先的復(fù)合材料仿真價值鏈解決方案

法國ESI集團擁有復(fù)合材料設(shè)計、工藝仿真、力學性能分析的系列仿真價值鏈解決方案，包括PAM-QUIKFORM、PAM-FORM、PAMRTM、PAM-AUTOCLAVE、SYSPLY和PAM-CRASH。其中，PAM-QUIKFORM是鋪層設(shè)計工具，PAM-FORM和PAM-RTM及PAM-AUTOCLAVE是工藝仿真工具，而SYSPLY和PAMCRASH是力學性能分析工具。這些解決方案在復(fù)合材料領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。 　　 復(fù)合材料鋪層設(shè)計 PAM-QUIKFORM可以模擬增強體在鋪設(shè)過程中的纖維變形，適用于紡織增強體、無緯布（UD）或無屈曲織物（NCF）。對于紡織增強體，PAM-QUIKFORM使用工業(yè)中標準的鋪層算法。此外，QUIKFORM包含一個業(yè)內(nèi)獨有的UD增強體鋪層算法，該算法可以模擬纖維的分布，而標準的鋪層算法一般不適用于此類問題。 　　PAM-QUIKFORM的計算從被鋪設(shè)零件的網(wǎng)格開始，可以獲得纖維的走向和平面展開圖。零件網(wǎng)格、接觸點和纖維方向是PAM-QUIKFORM典型的輸入數(shù)據(jù)，而輸出數(shù)據(jù)則包括纖維走向、剪切角和復(fù)合材料零件平面展開圖。PAM-QUIKFORM完全集成在PAM-RTM和SYSPLY中，能夠為SYSPLY提供鋪層方向等信息，為PAM-RTM提供孔隙率和滲透率等參數(shù)。 　　PAM-QUIKFORM仿真軟件可以預(yù)測復(fù)合材料纖維增強體成型過程中的變形?；趲缀斡成渌惴?，它可以在幾秒種內(nèi)得知所選擇的材料在部件成型過程中會不會出現(xiàn)起皺等潛在問題。同時，仿真結(jié)果還可以給出板材鋪層的平面展開圖，可為排樣和下料提供參考。QUIKFORM能夠模擬鋪設(shè)過程中無緯布纖維的變形，這在市場上同類產(chǎn)品中是獨一無二的功能特性。其捕獲算法機制能夠得知無緯布鋪設(shè)過程中出現(xiàn)的詳細的變形機制，例如層間滑動、纖維蔓延等。 　　 復(fù)合材料、塑料片材壓力及熱成型模擬 　　PAM-FORM作為非金屬片材成型模擬專業(yè)軟件，是一種由PAM-STAMP發(fā)展而來的顯式有限元軟件，能夠模擬復(fù)合材料纖維在成型過程中的重新取向，可用于疊層復(fù)合材料、塑料片材、織物、地毯等的成型。 　　PAM-FORM可應(yīng)用于吹氣成型、隔膜成型、拉伸成型、帶有剛性和柔性工具的擠壓成型、熱塑性和熱固聚合物加工等過程。其典型應(yīng)用包括毛毯及織物成型，汽車內(nèi)部塑料和織物面板，汽車燃料箱、減震器、儀表板，塑料容器，食品包裝，高級航天和汽車纖維增強部件等。 　　作為一個成型軟件，PAM-FORM可用于定義并優(yōu)化工藝條件，它解決了下列問題：能否用某種材料成型某個部件而不出現(xiàn)斷裂、起皺或其他任何缺陷？為節(jié)省材料并盡可能減少廢料，應(yīng)　當采用何種初始形狀？應(yīng)采用何種合模方式？選擇多大的沖擊速度和壓力？對層合成型，這種疊層順序是否可行？如何選擇成型溫度和模具溫度？ 作為一個PAM產(chǎn)品，PAM-FORM是ESI公司提供的全數(shù)值解決方案中的一部分。例如： 　?。?）使用SYSPLY精確分析復(fù)合材料應(yīng)力，需要在成型之后重新得到厚度和纖維方向信息，而這個信息是由PAM-FORM提供的。 　?。?）分析碰撞和沖擊問題采用PAM-CRASH。 　?。?）RTM（樹脂傳遞模塑）注射分析時，可以使用從干纖維成型最后的局部厚度和纖維方向得出滲透場，而這個結(jié)果由PAM-FORM提供。 　?。?）在熱成型之前，利用塑料片材或?qū)影鍋眍A(yù)熱并熔化塑料，易導致整個薄片上溫度分布不均勻。改善成型模擬結(jié)果的一個簡單方法就是用SYSTUS進行一個預(yù)熱模擬，利用計算的溫度作為PAM-FORM計算的初始溫度。 　　PAM-FORM的典型客戶有空客公司、歐洲航空防務(wù)航天公司(EADS)、達索航空、美國惠爾浦公司等。 樹脂傳遞與注射模擬 PAM-RTM是基于纖維強化的樹脂注射過程模擬專業(yè)軟件，廣泛用于復(fù)合材料和塑料工業(yè)，是高性價比的模擬液態(tài)復(fù)合成型的解決方案。PAM-RTM提供了預(yù)設(shè)計的快速解決方案，并細化過程和模具優(yōu)化、最終設(shè)計檢驗計算，可模擬樹脂傳遞成型（RTM）、真空輔助RTM（VARTM）和真空輔助樹脂注入（VARI）3種工藝。PAM-RTM可讀入PAM-FORM預(yù)成型結(jié)果，模擬不同樹脂的預(yù)熱過程及填充和固化。 　　PAM-RTM是創(chuàng)新而易于使用的三維模擬軟件包，包括優(yōu)化模具設(shè)計和RTM過程參數(shù)。PAM-RTM優(yōu)化直接影響壓力分布的參數(shù)，即模具填充過程中的注射壓力、流量、成型溫度，閉合力和注射口位置及排風口位置等，還可預(yù)測模具內(nèi)固化的演變，能夠顯示模腔內(nèi)流動峰面的情況，有助于防止出現(xiàn)填充問題（如干點等）。 　　PAM-RTM對工業(yè)用戶能夠提供下列幫助：在制造模具之前評估不同的注射策略；查看腔內(nèi)樹脂前端以防止出現(xiàn)諸如干點等填充問題；優(yōu)化注射點和排氣口的位置；可以直接觀測在填模過程中的壓力分布；預(yù)測模腔內(nèi)的溫度變化；模擬部件樹脂硬化；預(yù)測循環(huán)周期；分析填模的影響參數(shù)，諸如樹脂粘度、注射壓力和注射速率；分析幾何尺寸和形狀、纖維含量、增強體和樹脂屬性改變對成型的影響。 　　PAM-RTM還提供非常豐富的結(jié)果處理功能，能夠讓用戶控制計算中填充過程不同參數(shù)的趨勢，諸如溫度、壓力和固化的程度等。注射模擬考慮了預(yù)成型模擬的變形結(jié)果信息（可直接從PAM-FORM，PAMQUIKFORM，達索復(fù)合材料部件設(shè)計系統(tǒng)和FiberSim輸入）。PAMRTM能夠模擬不同類型的樹脂，包括環(huán)氧，聚酯，乙烯基酯，酚醛塑料等。 　　PAM-RTM主要通過模具預(yù)熱、模具內(nèi)三維熱傳導、源項、接觸熱阻等控制熱過程。對于填充和固化，用戶可以自己定義粘度和固化函數(shù)，因而能夠模擬新樹脂。填注過程及之后的固化模擬基于Kamal Sourour模型。 　　 熱壓罐工藝仿真 熱壓罐工藝始于20世紀40年代，從20世紀60年代開始被廣泛使用，是針對第2代復(fù)合材料的生產(chǎn)而研制開發(fā)的工藝，尤其在生產(chǎn)蒙皮類零件時發(fā)揮了巨大的作用，現(xiàn)已成為一種成熟的工藝。由熱壓罐工藝生產(chǎn)的復(fù)合材料占整個復(fù)合材料產(chǎn)量的50%以上，在航空航天領(lǐng)域比重高達80%以上。熱壓罐工藝已被各個復(fù)合材料零部件生產(chǎn)廠大量使用。據(jù)調(diào)查，中國所有的飛機制造廠和相關(guān)單位都在使用這種工藝，而幾乎所有的飛機設(shè)計和工藝科研院所也都在研究這種工藝對零件結(jié)構(gòu)強度的影響。目前解決熱壓罐存在問題還是采用試驗的方式，這樣就耗費了大量的時間和成本，而且還無法保證試驗成功。ESI集團從各大飛機制造商中了解到，實際使用過程中熱壓罐工藝仍存在很多問題，如工藝參數(shù)不合理、工件擺放位置不合適等，這些問題困擾著廣大用戶。根據(jù)熱壓罐工藝特點，ESI集團召集各部門專家，組成熱壓罐工藝軟件的開發(fā)團隊，歷時2年終于推出熱壓罐工藝仿真軟件PAM-AUTOCLAVE。該方案能為改善熱壓罐工藝的工藝參數(shù)和模具設(shè)計提供方向性指導，將大大提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。 　　熱壓罐工藝中需要計算流動、壓力、傳熱、固化、回彈過程，適合采用有限體積方法。PAM-AUTOCLAVE正是基于有限體積法，分析了熱壓罐工藝中罐內(nèi)流動、壓力、傳熱、固化、回彈等過程。 復(fù)合材料專業(yè)力學分析 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)特性的評估必須要考慮材料的多樣性（包括增強塑料、玻璃聚酯、碳環(huán)氧、蜂窩或蜂窩芯材夾層、碳－碳復(fù)合材料等）以及它們的原始力學性能（不均勻性和各向異性）。SYSPLY提供的綜合材料數(shù)據(jù)庫為各種三維結(jié)構(gòu)鋪層材料定義帶來極大的便利，而它獨特的組合功能為工程師進行快速設(shè)計評估和研究帶來很大的競爭優(yōu)勢。SYSPLY可對任何大量疊層的總體等效機械屬性進行交互計算，利用應(yīng)力/疊層失效和動態(tài)特性驗證復(fù)合材料部件的設(shè)計，是設(shè)計、分析和優(yōu)化復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的專業(yè)軟件。 　　SYSPLY具有獨特的鋪層編輯器、方便的材料特性顯示和計算功能、專業(yè)的后處理功能，使得復(fù)合材料的設(shè)計和分析更為方便。SYSPLY的主要功能是進行復(fù)合材料的靜力學、動力學及一般非線性問題的分析。 PAM-CRASH充分考慮復(fù)合材料結(jié)構(gòu)特性的多樣性，包括常規(guī)復(fù)合材料（如增強塑料、玻璃聚酯、碳環(huán)氧）及夾芯復(fù)合材料（如蜂窩芯材夾層、泡沫芯材夾層復(fù)合材料等），它提供的綜合材料本構(gòu)關(guān)系和解決方案為各種三維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)沖擊碰撞分析帶來極大的便利。 　　對樹脂基復(fù)合材料，PAM-CRASH采用經(jīng)典層合板理論分析復(fù)合材料的失效，主要分析復(fù)材結(jié)構(gòu)的失效、層間應(yīng)力、脫層現(xiàn)象等。PAM-CRASH可提供多種失效準則，適用各種復(fù)合材料在不同載荷形勢下的失效，主要考慮不同的結(jié)構(gòu)形式及材料性能對飛機墜撞吸能的影響，還可以考慮夾芯復(fù)合材料膠粘強度，分析板和夾芯的脫層現(xiàn)象復(fù)合材料碰撞沖擊破壞力學仿真。