案例分享 | CETMA混杂热塑复合材料许用值虚拟计算
CETMA是一家位于意大利Brindisi的研究机构，旗下拥有65名工程师和15个实验室，研究涉及虚拟现实、3D打印、电子&机器人、视觉技术、复合材料、智能材料&结构检测、建筑、物化分析等众多领域。
目的
为了减少物理试验件数量，验证数值工具预测新材料力学性能的能力。CETMA采用虚拟测试的方法，联合少量物理测试，较高精度的预测了混杂热塑性复合材料的试样级（Coupon）强度。
许用值作为材料基础性能参数，在复合结构设计中被广泛使用，用以代表给定复合材料体系、结构下的统计值。而作为量化材料强度的许用值，通常需参照相关标准进行多种试样的测试表征，以航空航天业常用的A-&B-许用值为例，其定义如下：
A-Basis（T99）- 总体中99%的材料值大于/等于该值（95%置信度）。
B-Basis（T90）- 总体中90%的材料值大于/等于该值（95%置信度）。
材料体系
相关材料性能：
虚拟测试流程
为了完成复合材料许用值计算，需要综合计入材料性能、工艺、测试、环境等诸多因素影响，引入上述因素的扰动。在此基础上，批量生成、提取虚拟样本， 计算样本强度并统计，获得A-&B-许用值。
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将上述多尺度材料模型导入Digimat-VA中，材料组分参数、等效S-S曲线等结果显示如下：
PEI层的材料建模类似，不同之处在于：
- Digimat-MF建模采用线弹性（Elastic）模型
- 纤维体积含量设置为微小值：Vf=1e-5
- Digimat-VA定义了2种失效准则：
- 拉伸/压缩采用Multi-component 2D power law
- 剪切采用Multi-component 2D power law
变异参数
设置为了生成复合材料的统计学模型，需设置影响材料性能的统计参数（概率分布类型、变异系数），主要包括：组分、工艺和测试条件。
测试矩阵
在完成材料体、铺层定义、测试类型、环境态等各项设置后，即可生成虚拟测试矩阵并提交计算。
结果讨论以Laminate 3、Laminate 3s和Unidirectional三种层合板为例，虚拟试样L-D曲线见下图。相关参数的扰动导致虚拟试样的模量、强度等发生变异，模拟了物理测试的离散性。
对虚拟样本强度值进行统计，A-&B-许用值及误差见下表：
Laminate 3 [90,45,0,-45]s |
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Laminate 4 [45,-45,0,90,45,-45]s |
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冲击能量 | 100% 71% 41% 30% 12% |
结论
此次虚拟测试总计：
144个虚拟试样，4种混杂铺层。
计算时长总计48hrs（含前/后处理，纯物理测试~1周）。
实验结果（Applus）被用于评估预测误差，结果显示：
虚拟测试强度/模量预测误差<4%。
FH和OH强度误差<5%。
此次仿真/测试对比验证了Digimat减少物理测试、预测新材料许用值的能力，表明该分析方法/工具可用于相关材料体系的性能预测。
