利用Digimat提升SMC部件响应的仿真置信度

    如今在Digimat的帮助下，我们已经准备好部署一个工作流，以更高的置信度来仿真SMC部件的响应；该仿真在论证级别极为接近试验数据的结果，其中包括刚度、峰值负载以及负载下降段位移。

——大型汽车OEM厂商

背景

    尽管长期以来一直认为该材料的计算都被考虑为的准各向同性并得到不错的结果，但业内已经明显感觉到，由于制造工艺复杂，如果不考虑该材料真实的各向异性性质，就无法得到最理想的结构设计。随着市场需求的与日俱增，如今可以利用高级SMC建模功能来仿真碰撞性能。

SMC材料标签

    SMC材料标签更多地是指工艺而非等级，并且SMC材料与团状模塑料（BMC）材料有着明显的相似性。该过程包括将一个或多个从原料条切出并多层堆积的装料放入模腔中，然后闭合模具并迫使材料按照模具覆盖形状流动。尽管片状模塑料（SMC）材料已在汽车工业中广泛应用了相当长的一段时间，最近有将SMC应用于结构要求更高的部件上的趋势。

挑战

    部署SMC部件有效且预测性数值解决方案的目标是为应对典型汽车负载情况（如碰撞）的。达成该目标所面对的主要挑战包括：

    ●必须将一度被业内认为可忽略不计的材料各向异性考虑在内，以便压缩安全余量、减轻部件重量。

    ●由于微结构的复杂性（包括纤维/束/切片缠结），失效萌生和损伤演化的仿真成为最主要的挑战。

    ●在使用多个预成型体形状和/或嵌件时，材料流会在特定位置处相遇，从而产生熔接线。由于在交界区没有增强相来承载，因此熔接线往往是SMC部件中的薄弱环节。

解决方案

    各向异性

    可使用Moldex3D来预测SMC部件的微观结构，其中包括因预成型体形状在模具中的流动以及存在焊接线而导致的复杂性。然后采用Digimat技术来捕捉材料的各向异性，该技术依靠平均场算法来实现成功预测。

采用Digimat技术来捕捉材料的各向异性

    失效与损伤

    新型针对不连续纤维材料模型的可调损伤法则可将损伤演化与材料强度进行关联。它基于渐进失效模型，通过降低刚度来描述后失效的能量耗散。

    熔接线

    工艺仿真软件还可以通过节点列表来给出熔接线位置。借助Digimat-MAP，可将该节点表映射为一个单元集。该单元集的材料卡的强度参数相对于其他区域值有所降低，以示焊接线对强度的削弱。

结果

    如今，静态和碰撞有限元分析仿真已能得到极佳的刚度准确性，并可采集典型部件负载情况下的峰值负载和位移趋势。

    下图以座椅内部部件为例来说明从工艺仿真到结构应用的工作流程。Digimat仿真在大多数负载情况下都能与试验数据很好地吻合，其中包括头部撞击（刺穿），并且能正确地显示关键点所在的位置。

座椅内部部件从工艺仿真到结构应用的工作流程