Digimat
Продукты
 
 

Digimat

Виртуальная лаборатория для нелинейного многоуровневого моделирования композиционных материалов и конструкций из них

Технология моделирования композитных материалов в Digimat опирается на микромеханические подходы для точного прогнозирования поведения сложных многокомпонентных материалов и позволяет преодолеть разрыв между разработкой композитного материала, производственным процессом изготовления и конечно-элементным расчетом.

Digimat обеспечивает получение тепловых, электрических, прочностных и теплопрочностных характеристик многофазных материалов. Дополнительно, для структурного анализа возможно получение необходимых характеристик для проведения расчетов на разрушение, ползучесть и усталость.

Digimat позволяет моделировать характеристики термопластиков, термореактивных пластмасс и композитных материалов с различной матрицей (полимерной, металлической, резиновой). Полученные характеристики материалов в дальнейшем могут быть переданы для выполнения расчетов в конечно-элементных пакетах. Возможен учет неоднородности характеристик материалов, связанный с технологическими процессами изготовления композитов: литья под давлением, выкладки, прессовки.

В состав Digimat входят следующие модули: Digimat-MF, Digimat-FE, Digimat-MX, Digimat-CAE, Digimat-MAP, Digimat-HC, Digimat-RP (Digimat-RP\Moldex3D), Digimat-VA и Digimat-AM.

Digimat-MF

Digimat-MF предназначен для прогнозирования нелинейного поведения многофазных материалов.

В основе работы модуля лежит микромеханический подход к моделированию материала: пользователь вводит характеристики материала каждой фазы, задает микроструктуру и нагрузки, приложенные к полученному многофазному материалу. Все действия по моделированию материала делаются последовательно по дереву модели.

Свойства композитного материала вычисляются с помощью метода гомогенизации Мори-Танака, который основан на подходе Эшелби. Метод описывает поведение одной частицы, включенной в материал матрицы. Частица представляется в виде эллипсоида, форма которого определяется отношением диаметра к длине. Метод гомогенизации позволяет получить макроскопические свойства композитных материалов исходя из свойств каждый фазы (т.е. свойств материала на микроуровне).

Ориентация волокон может быть фиксированной, случайной или описываться тензором ориентации. Материалы можно задавать однослойными или многослойными укладками, а волокна – как однонаправленные (монослои), так и как тканые материалы (имеющие основу и уток). Кроме того, в матрице могут быть учтены пустоты. Для моделируемого композитного материала может быть задан ряд критериев разрушения на макро уровне (уровне материала) и на микро уровне (уровне фаз: в матрице и/или армирующей фазе).

Digimat-FE

Digimat-FE основан на конечно-элементном подходе при моделировании структуры композитного материала и предназначен для создания представительного элемента объема (ПЭО) армированного пластика. ПЭО – это минимальный объём материала, в котором содержится достаточное для статистического описания состояния тела число «носителей» рассматриваемых механизмов процесса.

Digimat-FE хорошо дополняет модуль Digimat-MF и является с ним полностью совместимым.

Digimat-MX

Digimat-MX предназначен для хранения, поиска и безопасного обмена моделями материалов между пользователями. Кроме этого, Digimat-MX может быть использован для обратного инжиниринга с целью калибровки моделей материала по результатам испытаний.

Как база данных по материалам, Digimat-MX предлагает пользователям хранение данных по математическим моделям каждого материала при разных условиях (например, в зависимости от влажности или температуры), по моделям входящих в них фаз, а также хранение результатов испытаний материалов, которые могут быть использованы для обратного инжиниринга.

Специализированное решение Digimat-MX+ обеспечивает передачу данных по сети между пользователями в зашифрованном виде, что в современных условиях может быть важно для разработчиков материалов.

Digimat-CAE

Digimat-CAE объединяет в единую цепочку конечно-элементные программные комплексы моделирования технологических процессов изготовления и прочностного анализа.

Микроструктура композитного материала характеризуется локальной ориентацией волокон и\или пористостью, которая может быть определяется с помощью программных пакетов моделирования технологических процессов изготовления.

Digimat-CAE имеет интерфейсы с основными программными пакетами для расчета литья под давлением: Moldflow, Moldex3D, SigmaSoft, Rem3D, Simpoe и интерфейсы с основными линейными и нелинейными решателями: Marc, MSC Nastran (SOL400 и SOL700), Abaqus (Implicit/Explicit), LS-Dyna, Ansys, RADIOSS, PamCrash, SAMCEF.

Такой связанный анализ (программные пакеты моделирования технологических процессов изготовления → Digimat → конечно-элементный решатель) дает возможность пользователю учесть влияние параметров технологии изготовления при инженерном анализе конструкций из композитных материалов.

Digimat-MAP

Digimat-MAP является эффективным, надежным, точным и гибким инструментом, используемым для передачи данных о пространственной ориентации волокон, остаточных напряжениях, температурах, линия спая, пористости или объемных долей с сетки, используемой для моделирования литья под давлением на качественную сетку для структурного конечно-элементного анализа. Переданные данные могут быть использованы модулем Digimat-MF совместно с конечно-элементным интерфейсом (Marc, Ansys, LS-Dyna, Abaqus, PAM-CRASH, Samcef и т.д.) для проведения нелинейного многоуровневого анализа.

Digimat-HC

Digimat-HC предназначен для простого, быстрого и эффективного проектирования сотовых сэндвич-панелей, используя передовые технологии моделирования микромеханических свойств композитного материала.

Для расчетов Digimat-HC использует собственный конечно-элементный решатель. Интерфейс ориентирован на максимальную простоту использования. Свойства сотового наполнителя вычисляются на основе выбранной геометрии ячейки. Обшивка задается как композитная укладка с заданной ориентацией и толщиной каждого слоя. Варианты нагружения сотовой панели воспроизводят самые распространенные испытания образцов в лаборатории: трехточечное нагружение, четырехточечное нагружение и сдвиг в плоскости модели.

Digimat-RP и Digimat-RP\Moldex3D

Digimat-RP ("Армированные пластики")
представляет собой специализированное решение, которое позволяет выполнить расчет на прочность изделий из армированных пластиков с учетом реальной микростуктуры композиционного материала, получаемой при моделировании технологического процесса изготовления.

Digimat-RP вобрал в себя более чем десятилетний опыт по моделированию армированных пластиков, который реализован в простом для использования программном продукте. Благодаря интуитивно понятному интерфейсу, пользователю не требуется проходить дополнительное обучение для работы в этом модуле.

Основные преимущества:

  • Интуитивно понятный дружественный интерфейс;
  • Высокая точность моделирования свойств композиционных материалов;
  • Простота в подготовке расчетной модели и конечно-элементном анализе композитной конструкции на статическую и/или динамическую прочность;
  • Поддержка различных типов расчетов (линейный и нелинейный анализ, явные и неявные методы);
  • Интеграция с интерфейсами ведущих CAE-пакетов для моделирования технологического процесса литья и расчета на статическую и/или динамическую прочность;
  • Обширная база данных по свойствам армированных пластиков от ведущих мировых производителей (Solvay/Rhodia, Sabic, Dupont, Ticona, EMS,…);
  • Промышленный стандарт: используется и поддерживается основными поставщиками композиционных материалов, ведущими поставщиками первого уровня и мировыми производителями композитных конструкций из армированных пластиков;




Digimat-RP\Moldex3D

Одним из ключевых моментов расчета конструкций из армированных пластиков является точное описание локальной микроструктуры композиционного материала, получаемой в процессе литья под давлением.

Однако, доступ инженеров, связанных с расчетом динамики и прочности конструкции, к описанию локальной микроструктуры в настоящее время может быть затруднен.

Это связано с тем, что внутри даже одной компании, специалисты, занимающиеся моделированием технологического процесса изготовления композитной конструкции, и инженеры, связанные с расчетом этой конструкции, часто работают в разных подразделениях и на разном программном обеспечении. Все это приводит к сложному и неэффективному циклу проектирования конструкций из армированных пластиков.

Данная особенность явно проявляется на начальных этапах разработки изделия, когда еще нет окончательного решения по литьевой форме или в условиях ограниченности времени на разработку конструкции.

Для оптимизации процесса проектирования армированных пластиков компания e‑Xstream engineering предлагает новое решение – Digimat-RP\Moldex3D, включающее в себя инструмент для оценки ориентации армирующих волокон.

Digimat-RP\Moldex3D уже на ранней стадии проектирования стирает границы между технологическим процессом моделирования литья под давлением и высокоэффективным инженерным анализом конструкций из армированных пластиков. Дополнительно к основным возможностям Digimat-RP новый модуль
Digimat-RP\Moldex3D позволяет:

  • Повысить эффективность проектирования на ранней стадии разработки конструкции;
  • Провести в течение одного дня серию расчетов для выбора литьевой формы и/или технологических режимов литья под давлением;
  • Выбрать оптимальную конструкцию уже на ранней стадии проектирования;
  • Использовать встроенный простой и эффективный инструмент оценки ориентации армирующих волокон;

Более подробную информацию о ключевых возможностях модуля Digimat-RP\Moldex3D, процессе работы в нем и об использовании встроенного инструмента оценки ориентации волокон можно получить из обзорной презентации "Расчет конструкций из армированных пластиков с помощью Digimat-RP\Moldex3D".

Digimat-VA

Digimat-VA ("Виртуальные расчётные характеристики композита") - эффективное решение, позволяющее провести «виртуальные испытания» требуемой серии образцов и оценить влияние отклонений в свойствах компонентов на характеристики разрабатываемого композиционного материала. Применение Digimat- VA обеспечивает принятие решений специалистами как до начала, так и параллельно с программой длительных натурных испытаний образцов.

Digimat-VA - это вертикальное решение для виртуального моделирования натурных испытаний образцов различных типов (без отверстия, с открытым отверстием, с заполненным отверстием и т.д.), вычисления расчётных характеристик композита и замены натурных испытаний.

Преимущества использования Digimat-VA:

  • Дает возможность за несколько кликов создать матрицу испытаний;
  • Позволяет создать масштабируемые модели материала, основываясь на свойствах компонентов и описании структуры композита;
  • Позволяет учесть изменчивость свойств в зависимости от партии материала и техпроцесса и оценить их влияние на свойства композита;
  • Позволяет выйти за пределы рекомендованных в CMH17 (Composite Materials Handbook) процедур;
  • Обеспечивает получение виртуальных расчетных характеристик с помощью серии конечно-элементных (КЭ) расчетов, основанных на матрице испытаний;

Пользовательский интерфейс Digimat-VA позволяет:

  • Определить расчетные характеристики композитного материала по матрице испытаний при любой комбинации:
    Материалов – Укладок слоев в пакете – Условий окружающей среды – Типа испытательных образцов
  • Подготовить виртуальные испытания:
    Выбрать CFRP материал (композитный материал, армированный непрерывным волокном) из базы данных или откалибровать модель материала по технической спецификации – Задать композитный материал, матрицу испытаний и варьируемые параметры - Создать КЭ модели для виртуальных испытаний образцов
  • Отобразить результаты виртуальные испытания:
    • Автоматически извлечь кривую сопротивления деформации и предел прочности
    • Автоматически вычислить средние значения, А и В-базисы
    • Визуализировать на КЭ сетке повреждаемость композитного материала
  • Создать настраиваемый отчет

Digimat-AM

Digimat-АМ (“Аддитивное технологии”) - высокоэффективное решение для моделирования процесса изготовления деталей из пластиков, включая армированные пластики, с помощью SLS- или FFF-/FDM- технологии послойной печати на 3D-принтере.

Модуль Digimat-АМ позволяет промоделировать процесс изготовления детали с выбранным материалом и с учетом заданных параметров технологического процесса, определить остаточные напряжения и деформации в конструкции после ее изготовления.

Digimat-AM имеет дружественный, интуитивно понятный интерфейс, который предоставляет возможность реализовать полный цикл моделирования 3D печати:

  • Выбрать технологию изготовления:
    • SLS – метод спекания порошковых компонентов лазером;
    • FFF/FDM – метод наплавления нити/послойного наплавления;
  • Выбрать принтер из базы данных с уже предопределенными размерами рабочей зоны или задать пользовательские размеры рабочей зоны;
  • Загрузить геометрию детали в формате STL;
  • Задать ориентацию детали и толщину слоя (для SLS технологии) или загрузить траекторию движения печатающей головки (для FFF / FDM технологии);
  • Выбрать материал из базы данных или создать новый материал со своими характеристиками:
    • незаполненный (однородный) полимер;
    • армированный волокнами или сферами полимер;
  • Задать технологические параметры 3D печати для выбранной технологии изготовления;
  • Автоматически создать на геометрии 3DVoxel КЭ сетку выбранного размера;
  • Решить на микроуровне связанную термомеханическую задачу, моделирующую процесс 3D печати для представительного элемента объема;
  • Промоделировать на макроуровне цикл изготовления детали: печать, удаление поддержки и охлаждение;
  • Провести обработку результатов моделирования для оценки:
    • остаточных напряжений;
    • остаточных перемещений (коробления);
  • Сделать экспорт результатов расчета:
    • искаженная геометрия после изготовления (формат STL);
    • остаточные напряжения и перемещения для учета их в последующем расчете на прочность (формат XML);
    • КЭ модель для недеформированной (исходной) геометрии (формат входного файла Marc);
    • анимация (формат GIF);
  • Изменить исходную геометрию для компенсации искажения формы после изготовления;
  • Оптимизировать материал и технологический процесс 3D печати;

Digimat-AM позволяет определить возможные проблемы в конструкции при ее изготовлении (коробление и остаточные напряжения), а также помогает подобрать оптимальную геометрию, материал и технологические параметры 3D печати до начала изготовления детали.

Дополнительную информацию по Digimat (на английском языке) можно получить на нашем корпоративном сайте.

Однодневные мастер-классы

Московский офис MSC Software приглашает всех заинтерсованных специалистов на серию бесплатных однодневных научно-практических семинаров. В течение дня слушатели смогут получить информацию а назначении и возможностях выбранного программного комплекса, а также закрепить полученную информацию решением практических задач.

Бесплатные однодневные научно-практические семинары (мастер-классы) проводятся по следущим программным комплексам:

  • MSC Apex – CAE-система нового поколения
  • Digimat

    Каждый из семинаров ориентирован на решение одной конкретной задачи при работе с композитами: разработка композиционного материала (КМ), расчет на прочность композитной конструкции с учетом микроструктуры в ней после изготовления, проведение виртуальных испытаний образцов из слоистых КМ или моделирование изготовления детали методом 3D печати.

    На семинарах слушатели получают знания о программном комплексе Digimat (его структуре, назначении и возможностях), которые закрепляют при выполнении практических заданий.

    Начиная с декабря 2016 г. по июнь 2017г. около 50-ти слушателей из ведущих предприятий и высших учебных заведений России приняли участие в научно-практических семинарах по следующим темам:

    • Расчет нелинейных анизотропных характеристик композиционных материалов;
    • Расчет на прочность конструкций из армированных пластиков в Digimat-RP/Moldex3D;
    • Получение виртуальных расчетных характеристик слоистых КМ с помощью Digimat-VA;
    • Моделирование изготовления деталей из КМ методом 3D печати с помощью Digimat-АМ;

    Более подробную информацию о Digimat и темам будущих семинаров можно получить, обратившись к техническому эксперту – Алексею Павловичу Гонтюку (Alexey.GONTYUK@mscsoftware.com)

  • Simufact Additive – компьютерное моделирование аддитивных технологий – процесса печати на 3D принтерах деталей из металлов.

Заявку на участие в семинаре просьба отправлять на адрес руководителя технического отдела – Эдуарду Юрьевичу Князеву. В заявке убедительная просьба указывать желаемую дату проведения семинара и планируемое количество участников от организации. Также у Эдуарда Юрьевича Вы сможете уточнить темы будущих семинаров.

Материалы