PAM-COMPOSITES

借助复合材料仿真软件帮助您自信地生产无缺陷的复合材料产品

复合材料凭借轻质、高强度和耐用性的特点,在减少碳排放竞争中发挥了重要推动作用。但是,在转向工业批量生产时,该材料引入也对工业生产提出了新的挑战:

 

  • 如何扩大生产规模以响应市场需求?
  • 如何快速适应新材料以跟上复合材料的创新步伐?
  • 如何为最终产品定价以满足市场要求?

 

通常,这些问题需要快速迭代,有时候还需要新方法来确定材料的选配和过程参数。仿真可以同时满足这两项要求。

借助 ESI PAM-COMPOSITES 的独特功能,您可以通过以工艺导向的工作流程研究复合材料制造链的每个步骤,材料信息和历史记录(局部剪切、局部纤维含量、取向、固化程度等)以及几何特性(形状、厚度等)从制造链的一个阶段无缝转移到下一阶段。这样可以确保在调整工艺参数以纠正缺陷并缩短生产周期时,获得最为准确的反馈。

如果能够对过程链进行优化,满足产品公差的要求,就可以将结果轻松地传递给设计部门,进行“完工”结构分析,取代原来的“按设计”分析。这种方法可以最大程度地减少设计裕度并减轻重量。

PAM-COMPOSITES 的优势

  • 市场上唯一可以识别和修复由短、长或连续纤维制成的复合材料产品中的制造缺陷的完整仿真链
  • 可以准确轻松地确定“完工”的复合产品几何和材料特性,在产品开发的早期为设计部门提供协助
  • 该工具涵盖:
    • 铺覆和热成型
    • 树脂传递模塑 (RTM),高压 RTM 和压缩 RTM
    • 树脂灌注及其其他变体
    • 片状模塑复合材料 (SMC)
    • 固化和结晶
    • 制造过程引起的几何变形
  • 通过检索设计部门定义的所有产品信息链接到 CATIA
  • 将制造结果顺利传递给设计部门,进行“完工”结构分析

Nissan uses Compression-RTM (C-RTM), a complex composite manufacturing process where the stamp is held partially open while the resin is injected, to reduce the time the resin takes to spread in the mold. The use of ESI PAM-COMPOSITES enabled Nissan to successfully move away from trial-and-error and redefine their C-RTM using predictive CAE by implementing a new simulation methodology. As a result, the team managed to drastically decrease manufacturing cycle time by 80%, which will support the roll-out of carbon fiber parts in lightweight vehicle mass-production.

 

 

Rieko Yamaguchi
Vehicle Manufacturing Element Engineering Section, Vehicle Production Engineering and Development Division / Nissan

 

铺覆和热成型仿真

PAM-FORM 是 PAM-COMPOSITES 中的复合材料成型仿真模块,用于模拟干纺织品的预成型过程,以及由热固性或热塑性树脂(有机片材、GFRP、CFRP 等)制成的纤维增强复合材料的热成型过程。

 

 

PAM-FORM 可帮助您针对各种工艺建模,包括:

  • 使用两个刚性模具冲压
  • 橡胶垫成型
  • 隔膜成型
  • 其他更多工艺

 

 

该模块可用于预测以下现象:

  • 纤维取向
  • 厚度分布
  • 最佳的初始平整形态
  • 应变
  • 压力
  • 桥联
  • 起皱

以上结果适用于层压板级和铺层级,可帮助您预测各种情况,例如无法通过物理原型目视看出的内部起皱情况。

借助 PAM-FORM,通过对以下过程参数进行优化,在切削任何工具之前,可以消除产品开发过程中的制造缺陷并提高产品质量,包括:

  • 工具速度
  • 温度和压力循环
  • 夹紧条件和力
  • 层压顺序,铺层定向
  • 模具设计

也可以在流程后期使用仿真来纠正发现的制造问题。

RTM、HPRTM、CRTM 和 VARI 仿真

PAM-COMPOSITES 中的树脂成型软件模块 PAM-RTM 可仿真预成型件的树脂灌注或浸渗过程。

PAM-RTM 可针对各种工艺建模,包括:

  • 树脂传递模塑 (RTM)
  • 真空辅助树脂灌注成型 (VARI)
  • 压缩 RTM (CRTM)
  • 高压 RTM (HP-RTM)
  • 其他更多工艺

该模块可以预测树脂将如何在可能包含嵌件(金属、木材、泡沫)的预成型坯中流动。

借助 PAM-RTM,通过对以下过程参数进行优化,在机加工之前,可以消除 RTM 的制造缺陷,并在产品开发过程早期提高产品质量:

  • 灌注/浸渗策略(选择液体树脂为整个LCM工艺)
  • 灌注压力或流速
  • 温度循环(工具和树脂)
  • 进样口、排气孔和真空口的位置
  • 流动介质的类型和位置

也可以在流程后期使用仿真来纠正发现的制造问题。

通常,仿真结果会显示:

  • 充模时间
  • 出现干点或纤维流散的风险
  • 流体的前沿速度
  • 施加到模具的压力

液体复合材料成型 (LCM) 仿真的关键参数是预成型体增强材料的渗透率。渗透率在很大程度上取决于纤维的取向,因此,灌注/浸渗过程仿真必须考虑这些纤维的取向。可以使用几何方法来对预成型体中纤维取向进行近似计算,但是,也可以使用 PAM-FORM 性能仿真计算得出的准确纤维取向。

凭借其独特的高性能 DMP 求解器,PAM-RTM 可以使用壳体或实体单元来处理超大型数值模型。由于组件的尺寸较大,在风能行业中经常使用这些较大的数值模型;由于需要小元素尺寸的详细几何形状,在汽车行业中也经常使用这些较大的数值模型。

处理由实体单元所组成的从小到大的模型是 PAM-RTM 所独有的能力。客户需要这种实体建模能力来了解树脂如何流过厚度,并确定出现内部干斑的风险。

PAM-RTM 的领先功能包括:

  • 有条件地开闭注胶口和排气孔
  • 自动控制流量,在最大程度上减少孔隙
  • 重力效应
  • 顺序铺覆模块,用于估算坯体中的纤维角度
  • 将填充和固化仿真链接在一起,还可以包括“过量充模”
  • 与 PAM-FORM 和 PAM-DISTORTION 耦合
  • 用于敏感性分析的实验设计 (DoE)

固化、结晶和几何变形仿真

ESI PAM-COMPOSITES 为分析热固性组件在高压釜 (OOA) 内/外的固化以及热塑性组件的结晶现象提供了方法。还可通过其 PAM-DISTORTION 模块预测制造引起的残余应力,以及制造的复合材料零件的几何变形。

ESI PAM-COMPOSITES 可以分析固化过程、优化固化周期、预测固化时间及该周期中固化温度和固化程度的变化。

对于大多数行业而言,控制复合材料零件的几何变形是一项关键挑战(例如,高性能航空结构零件具有严格的公差要求)。正确组装必须遵守公差,在处理诸如叶片的重要零件时,公差至关重要。

ESI PAM-COMPOSITES 是一种可以替代昂贵且费时的物理试验的解决方案。通过预测制造所引起的形状变形,可以在进行试验之前进行模具和工艺校正。

片状模塑复合材料仿真

片状模塑复合材料 (SMC) 是一种多用途轻型解决方案,易于模塑复杂形状,一个或数个 SMC 零件就可以替换许多金属零件。这是一项经过验证的技术,可以以极具竞争力的成本生产大批量净形(无后置操作)高性能零件。 

SMC 面临的最大挑战是如何在产品开发过程早期预测和控制所生产零件的局部材料特性。这些特性在很大程度上取决于纤维在材料压缩过程中的重组情况(位置、取向和密度)。

为解决此问题,我们在 ESI PAM-COMPOSITES 2020 中引入了新的 SMC 模块。该模块针对早期设计阶段而设计,旨在帮助工程设计部门快速评估或迭代新设计。由于 SMC 材料特性对制造的依赖性很大,因此需要一种仿真工具来帮助设计工程师快速轻松地预测局部特性。 

SMC 模块可以直接链接到 VPS 上,提供以下功能:

  • 针对 SMC 的独特的端到端(从制造到性能)能力
  • 适用于设计早期的成型和充模仿真(快速完成多次迭代)

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