一、DIGIMAT簡介

　　DIGIMAT是由e-Xstream engineering研發的專注于復合材料性能模擬的軟件，為整合模流分析與結構分析以及獲取通用有限元分析所必須的復合材料參數提供了一整套的解決方案。DIGIMAT非線性、多尺度的復合材料模擬平臺，通過基體和纖維的材料特性，以及它們之間的微觀結構(纖維形狀、方向和含量等)獲得復合材料的特性，如應力-應變曲線(圖1)、工程常數(圖2)、剛度或柔度以及熱膨脹系數等。

　　近年來，電腦模擬仿真技術應用越來越廣泛，為企業縮短產品開發周期、提升產品品質提供了極大的幫助。機械、汽車和航空航天等領域的結構有限元分析，以及模具行業的模流分析等已深入人心。同時，隨著輕量化、高品質化的需求，傳統的金屬材料已不能滿足要求，增強塑料及復合材料的應用變得不可或缺，這就對采用這些材料的結構有限元分析提出了新的挑戰。比如，如何將增強塑料件的模流分析和結構有限元分析整合以及如何獲取復合材料件的材料參數，提高CAE分析的置信度，真正實現增強塑料件和復合材料結構的有限元分析，而這些新的挑戰是采用傳統CAE技術很難完成的。通過整合數字化材料樣機DIGIMAT材料模型與傳統CAE可以很好地解決這一系列難題。

　　二、DIGIMAT的應用

　　1.DIGIMAT在增強塑料上的應用

　　增強塑料是含有增強材料的塑料，是一種高分子復合材料。增強塑料的性能由基體性能、增強材料性能、增強材料的體積百分比以及增強材料的形狀和實驗條件等共同決定。以增強塑料件為例，結構性能在很大程度上取決于纖維的方向，如進澆口(gate)位置的不同，會極大地影響結構的應力分布，而工藝的影響也不可忽略，如圖3所示。

　　圖4是纖維取向對其增強塑料在兩方向拉伸模量的影響，并比較了實驗結果與DIGIMAT計算結果，對比后發現，采用DIGIMAT估計值與實驗值約低5%，在誤差允許范圍內，這樣可以在保證材 料性能的基礎上大幅度降低成本。

　　2.DIGIMAT在汽車行業中的應用

　　汽車行業是一個高速發展的行業，其競爭也日趨激烈，在這種情況下，新產品推出的速度也越來越快，這也對行業的CAE應用提出了越來越高的要求。CAE技術為汽車行業的高速發展提供具有中心價值地位的技術保障，可以為企業帶來巨大的技術經濟效益。由于復合材料的高性能、低成本等優越性能，汽車部件越來越廣泛地采用復合材料，這也對CAE模擬技術提出了新的挑戰，因為傳統CAE中的材料模型通常不考慮纖維取向等因素，這會給計算機仿真帶來較大的誤差。

　　圖5是采用DIGIMAT材料模型整合有限元技術在汽車保險杠模態分析結果與實驗比較。從圖中可知，采用DIGIMAT材料模型與實驗結果誤差在5%以內，這是因為DIGIMAT材料模型可以考慮纖維取向、體積百分比等對其影響，準確地反映出復合材料真實結構形態。

　　3.DIGIMAT在3C行業中的應用

　　3C材料一般采用工程塑料，若想準確地預測材料的機械性能、熱學性能等對于傳統CAE而言是相當困難的，整合CAT技術與DIGTMAT材料模型，可輕易解決這一難題。

　　圖6是某手機制造商手機跌落實驗與計算機仿真結果比較。 從圖中可知，采用均質材料很難模擬手機小部件的破碎，而采用 DIGIMAT材料模型可以將實驗結果精確再現，這為提高研發速度 提供了有力的保障。

　　4.DIGIMAT在納米復合材料中的應用

　　納米復合材料是由兩種或兩種以上的固相至少在一維以納米級大小(1~100nm)復合而成的復合材料。這些固相可以是非晶質、半晶質、晶質或兼而有之，也可以是有機物、無機物或二者兼而有之。

　　由于納米顆粒的分布狀態及其尺寸的復雜性，采用傳統CAE 技術很難實現對其精確模型。圖7是采用DIGIMAT材料模型計算的納米復合材料導電率。從圖中可知，只有當碳納米管增加到一定程度時，整個材料才會導電，這為實驗設計提供了有力的參考依據。

　　三、DIGIMAT各版塊簡介

　　DIGIMAT共由六個模塊組成，它們之間的數據可以相互傳遞，同時也可以方便地將計算結果導入到通用有限元軟件中進行深入分析。

　　1.DIGIMAT-MF

　　DIGIMAT-MF是通過均勻化方法快速準確地預測復合材料的非線性行為。這一模塊基于單胞理論，即將復合材料劃分至最小單元，分別定義基體、增強體等材料的結構性能以及增強體含量，結合相關材料模型(如Drucker-prager模型等)計算復合材料機械性能等。

　　2.DIGIMAT-FE

　　DIGIMAT-FE是通過代表性單元體(RVE)法準確地預測復合材料的局部或整體非線性行為。基于此模塊，可以創建復雜的材料3D微觀尺度模型，并賦予結構性能以及相關載荷，結合商用有限元軟件ABAQUS等可精確實現基于細觀層次的復合材料及其各組分在外界載荷下的相應歷程。

　　3.DIGIMAT-MX

　　DIGIMAT-MX是為材料供應商和終端用戶之間提供DIGIMAT材料模型的準備、存儲、提取和安全交換。用戶可以充分利用此模型查詢材料常數，進行逆向工程，即由已知的復合材料模型反求基體或者是增強體的性能。

　　4.DIGIMAT TO CAE

　　DIGIMAT TO CAE是通過非線性多尺度模擬手段精確地預測復合材料結構的性能。此模塊為滿足客戶多樣化的需求，可實現有限元軟件與DIGIMAT的無縫銜接，使結果更為精確。

　　5.DIGIMAT-MAP

　　DIGIMAT-MAP為模流分析和結構分析提供高效的映射功能， 實現不同網格數據信息的交互。基于此模塊，用戶可以精確地將模流分析結果(如纖維取向、溫度等信息)傳遞到通用有限元模型中，提高有限元分析準確性。

　　6.DIGIMAT-MICROSS

　　DIGIMAT-MICROSS通過微機械材料模型，快速而高效地實現蜂窩夾芯結構的設計。此模塊專為蜂窩結構而設計，可以滿足風機葉片、機翼等夾芯結構的快速設計。