復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬由于涉及長(zhǎng)度尺度的不同而具有一定的挑戰(zhàn)性。雖然微觀有限元方法可以用來(lái)模擬系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)力學(xué)問(wèn)題(解決所有的長(zhǎng)度尺度)，但對(duì)于復(fù)雜大型產(chǎn)品的設(shè)計(jì)它是不實(shí)際的。因?yàn)樗璧膯卧獢?shù)量將是天文數(shù)字，計(jì)算成本會(huì)非常之高。

在復(fù)合材料有限元分析中，消除尺度問(wèn)題的標(biāo)準(zhǔn)方法是均質(zhì)化。

即通過(guò)計(jì)算微觀胞元均質(zhì)化材料參數(shù)，將它應(yīng)用到宏觀尺度的模型中，而不是模擬整個(gè)復(fù)雜的微觀結(jié)構(gòu)，從而大大降低計(jì)算成本。

在材料設(shè)計(jì)中，均質(zhì)化過(guò)程從代表性的微觀胞元（RVE，Representative Volume Element）的建模開(kāi)始。

這需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)化的幾何圖形，以及定義組成材料的材料屬性。然后，對(duì)幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分進(jìn)行有限元分析，計(jì)算其響應(yīng)，最終根據(jù)這些響應(yīng)的結(jié)果計(jì)算均質(zhì)材料數(shù)據(jù)。

Material designer（簡(jiǎn)稱(chēng)MD）是ANSYS v19.2中引入的一種新的均質(zhì)化工具，用于評(píng)估不同材料和結(jié)構(gòu)(復(fù)合材料、晶格或用戶(hù)定義)的有效線彈性和熱材料屬性。

使用material designer工具，可以計(jì)算基于晶格結(jié)構(gòu)、UD復(fù)合材料(UD)、隨機(jī)UD復(fù)合材料、短切纖維復(fù)合材料、編織復(fù)合材料或指定一個(gè)用戶(hù)定義的RVE的有效材料性能，如圖所示：

如何使用它呢？

以ANSYS2020R1新增的honeycomb RVE為例，以下介紹其操作步驟。

第一步

從子項(xiàng)目中拖動(dòng)一個(gè)MD模塊，雙擊engineer data，定義基本材料屬性，本案例材料屬性默認(rèn)結(jié)構(gòu)鋼。

第二步

雙擊MD，選擇RVE類(lèi)型為Honeycomb。注意：material designer支持微觀尺度的文件，如果單位系統(tǒng)不對(duì)，可以通過(guò)單擊File> SpaceClaim Options > Units來(lái)更改當(dāng)前文檔中的單位系統(tǒng)。

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審核編輯 黃宇