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LS-DYNA 助力複合材料設計與製造

在工程設計領域,複合材料因其輕量化與高性能特性成為航空航天、汽車製造及能源行業的關鍵材料。然而,其複雜的結構與製造過程對工程師提出了更高的挑戰,包括材料選擇、製造工藝優化以及零件性能測試等。

面臨的挑戰

在設計與製造複合材料零件的過程中,工程師通常會面臨以下問題:

  1. 製造流程的模擬與控制:如何精確模擬如樹脂灌注等工藝,以確保材料分布的均勻性與製造穩定性?
  2. 結構性能驗證:如何確保設計的零件能在極端使用條件下實現既定的剛性與強度要求?
  3. 多參數研究與優化:如何快速完成多變量參數研究,並找到最佳設計解決方案?

由於複合材料的行為涉及多種物理場(如流體力學與結構力學),需要一個功能強大的模擬工具來滿足上述需求。

針對帽型複合材料零件的設計與製造進行三點彎曲機械測試的模擬

針對帽型複合材料零件進行實體三點彎曲機械測試

解決方案

LS-DYNA 一款多物理場模擬工具,能夠幫助工程師全面解決複合材料設計與製造的挑戰,提供從材料選擇到零件性能驗證的全流程支持。

  • 多階段製造模擬:通過 LS-DYNA 的 ICFD 求解器,模擬樹脂灌注工藝,預測樹脂在模具內的流動行為,確保製造穩定性。
  • 結構性能分析:利用顯式與隱式結構求解器,模擬零件在極端條件下的力學性能,驗證其剛性與強度是否達標。
  • 參數化與自動化設計:支持使用 Python 腳本進行模型自動化構建與參數變化研究,大幅提升設計效率。
  • 資源友好的運算:即使在有限的計算資源下,也能運行高精度模擬,降低硬體需求。

帽型複合材料零件的實際(左)與模擬(右)真空輔助樹脂灌注製程

效益與成果

引入LS-DYNA 進行複合材料設計,不僅解決了技術挑戰,還顯著提升了開發效率與設計品質。

  • 降低試錯成本:在虛擬環境中完成設計優化,減少物理測試次數,節省時間與材料成本。
  • 加速開發週期:縮短從設計到製造的流程,快速推向市場。
  • 提升產品性能:確保零件設計在輕量化的同時,滿足高強度、高可靠性的需求。

LS-DYNA 的多物理場模擬能力已廣泛應用於教育與產業場景,助力工程師和學生實現從設計到製造的一體化模擬,提供從理論到實踐的全面支持。

資料來源:ANSYS 案例研究

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