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问题描述
在复合材料的研发过程中，工程师需要对其进行及时的设计与分析的迭代，以便充分的验证设计是否符合设计要求。但在实际中，由于复合材料设计的数据量大，缺少有效的手段来保证设计分析的一体化，导致工程师需要花费大量时间在沟通协调上，效率不高。本文介绍了一种快速实现复合材料设计与有限元分析进行迭代的方法。
解决方法
传统CAE分析软件的局限性
目前，主流的CAE分析工具已经在复合材料的设计中得到一定规模的应用。但由于CAE的几何建模功能的局限性，在该软件中进行复合材料铺层的定义费时费力，十分不便，尤其是在进行设计更改时，操作相当繁琐，而且容易发生错误。由于复合材料的各向异性和纤维的组织形式，复合材料在铺敷到工装面时，各点处的真实纤维角度并不等同于所定义的铺层方向，特别是对于复杂曲面，纤维角度变化更为明显。由于复合材料的各向异性，纤维角度的变化将显著的影响结构强度等性能。CAE软件在进行铺层定义时，并不能计算出复合材料部件各点处的纤维的真实方向，只能基于所指定理想的纤维角度进行分析，因此分析结果将与真实的部件性能有相当大差异，分析结果的准确性无法保证。因此急需一种复合材料设计软件为CAE提供铺层设计数据和真实的纤维方向数据，以充分发挥CAE软件的使用价值，提高复合材料部件的设计质量，减少设计成本。
Fibersim分析接口（Analysis Interface Option）
利用Fibersim分析接口模块，可首先在有限元分析软件中根据指定的载荷分析设计要求，包括层合板厚度和材料等，在核心设计模块中进行设计，再可把详细的零件设计，包括完整的层定义和真实的纤维方向，提供给有限元分析软件，Fibersim采用独特的铺层信息映射技术，可以将Fibersim下的铺层直接映射到有限元的网格下，继而在CAE下进行边界条件的定义，进行有效分析和性能验证仿真。
在Fibersim下，有限元接口分为基础模块和高级模块两部分，基础模块包含最基本的铺层信息(铺层边界，真实纤维方向，厚度)输出，高级模块则包含了从CAE软件下的铺层信息导入到Fibersim，从而形成一个封闭的循环，完成整个设计/分析的流程。
目前，基础模块（ply export）支持的CAE软件主要有：
ANSYS – Ansys ACP
Beta CAE – Ansa
DS – CAD Analysis
ESI – Pam-RTM
MSC – Laminate Modeler
MSC – Patran
MSC – SimXpert
SPLM – NX CAE Laminate Composite (使用 generic XML Export)
高级模块支持的CAE工具主要有：
ANSYS – Ansys ACP (ply import)
MSC – Laminate Modeler (ply import)
MSC – Patran (zone export)
MSC – SimXpert (zone import/export)
基础接口-Fibersim输出铺层信息到CAE软件示意图
基础接口-Fibersim输出铺层信息到CAE软件示意图
Fibersim有限元分析接口的主要特性：
完全在CAD/FEA用户界面进行操作
确保数据的准确性和完整性
包括CAD模型的详细分析特性
有限元网格的划分独立于层合板的定义
能够获得多种材料和过程仿真模型
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