Moldex3D模流分析之Digimat-RP模组操作流程

简介

本文将教导使用者如何利用Digimat来建立纤维强化塑料的材料模型。下列将介绍DIGIMAT多尺度材料模型的概念，并说明如何操作Digimat这套软件。

1. 摘要 (Overview)

本文的目的是利用Digimat与结构分析软件，进行一产品受外力下的应力与变形的分析。此产品是弹塑性的玻璃纤维复合材料。因此，我们把重点放在Digimat的新模块-Digimat-RP。我们会藉由Digimat-RP来说明从Digimat到结构分析软件的整个分析流程。本文中所示范的流程，包括如何在Digimat中建立材料性质，如何从Digimat的材料数据库-Digimat-MX中选取所需要的材料性质，以及如何将模流分析中所得到的纤维排向，映像到结构分析模型。在Digimat中，材料性质可从Digimat-MF，材料供货商，Digimat-MX中建立取得。在本文中，我们将从Digimat-MX中获得材料性质。

Digimat-RP的分析，可以由3个简单的步骤来达成：

(1)设定结构分析模型。

(2)从Digimat中，建立结构分析所需的材料性质。

(3)由Moldex3D取得射出成型制程的纤维排向。

必要的资料

使用Digimat-RP之前，必须要有下列的数据：

•模流分析的网格信息与纤维排向的张量分布

•此案例的有限元素模型，且已经设定静力或动力分析方法，等向性材料性质，以及边界条件。

你可以在“3_RP” 文件夹中，找到这个案例的必要的资料与分析结果。

必备的档案

•结构分析模型。在Digimat工作目录底下的“1_FEModel”：EngineBlock_Marc.dat (Marc format)

•模流分析网格。在Digimat工作目录底下的“3_Manufacturing”：EngineCover_InjectionMesh.pat (PATRAN format)

•Moldex3D的纤维排向的张量。在Digimat工作目录底下的“3_Manufacturing”：EngineCover_InjectionOrientationTensors.o2d (Moldex3D format)

什么是Digimat-RP

Digimat-RP是一个非常强大的整合软件，能够消除不同物理场问题，在模拟分析过程中的阻碍。例如，将模流分析的结果传递给结构分析模型，让用户再进行显式或隐式的结构分析。简言之， Digimat-RP在导入射出成型制程所引起的材料的微观效应后，使得多尺度材料与结构分析，成为一种具有整合性、精确且有效率的方法。

什么是Digimat-MX

Digimat-MX是一种纤维复合材料的数据库，它提供了用户取得各种实验数据的管道。这个材料数据库还可以从实验数据逆向求得一近似曲线与函数，让求解器能够利用该材料进行数值计算。Digimat-MX也帮助了其他相关者与公司内部人员，能够分享这些数据。

什么是Digimat MAP

通常，模流分析与结构分析会有不同的网格类型和网格数目。Digimat-MAP提供使用者将射出成型所预测出来的纤维排向的张量分布，映像到结构分析的模型上。

2. 操作流程 (Workflow)

开启Digimat-RP

1.由点击计算机桌面上的Moldex3D Digimat-RP 快捷方式来开启Moldex3D Digimat-RP。

2.为了能够顺利由Moldex3D Digimat-RP执行结构分析，结构分析软件的执行核心的链接位置必须设定正确。如果这个链接路径有误的话，将无法执行结构分析，或无法打开已存在的分析结果。接下来，先确认这个部份。

a.点击Tools，然后再点击Settings。

以下窗口会显示于银幕上：

b.确认结构分析软件的执行核心的链接位置是否正确，如果不是，可以由右边的Browse或Detect来修正它。详细的设定方式可参考Digimat的使用手册文件。

3.我们也可以自行定义工作目录的位置。

加载结构模型(步骤1) (Load the Structural Model (Step1))

a.  点击Load Model

b. 打开Marc 模型。首先，先选择此分析所使用的单位，此案例所使用的是 MPa。

载入完成后，会出现绿色勾勾。Visualization options也会出现在此控制面板的右上角，让用户可定义检视角度。

定义Digimat 材料 (步骤2.1) (Define the Digimat Material (Step2.1))

这里提供3种定义材料性质的方式：

•Generic material data: Digimat-RP提供许多常用的纤维强化塑料，及其在不同温度与湿度下的线弹性的材料性质。

•Digimat-MX database: 选择Digimat-MX，会打开Digimat-MX的材料数据库，里面有许多组材料模型，我们可以选择符合的材料，并且加载Digimat-RP中。这些材料性质包括线弹性、塑性和热塑性。

•Load material: 如果有已经建立好的材料档(.daf/.mat)，可以由这个方式直接输入。

在这个案例中，我们将从Digimat-MX的材料数据库中输入材料性质。

a.点击New Digimat material

b.点击 Import material from MX

启动材料数据库的服务器(步骤2.2) (Start the Local Database Server (Step2.2))

在启动服务器之前，必须先建立一个材料数据库的服务器，如果没有建立材料数据库的服务器，此处不再叙述。请参考Digimat 的使用手册进行设定。设定完成后，方可进行下列过程。

a. 点击 Database Tools

b. 点击 Database Tools 窗口中的Database(s)

c. 点击 Created Database(s) 选项，选择将要驱动的数据库服务器

d. 选择Server

e. 显示出下列的下拉选单，再点击Start，驱动材料数据库的服务器。

f. 点击 OK来关闭讯息窗口

g. 点击 Close来关闭Database(s)的窗口

启动材料数据库的服务器

1.连接材料数据库的服务器

a.在 Database Connection窗口中，设定 Username为 manager

b.输入 Password (在建立材料数据库服务器的过程中已设定过)

c.选择Database。(Database的名称在建立材料数据库服务器的过程中已设定过)

d.点击Connect ，开启 Digimat-MX界面。

2.选择要输入到Digimat-RP 的材料性质

a. 在FILTER树形图中 (菜单单中Tools -> Filter)，双点击 Matrix的空格并输入PA6，双点击Filler的空格并输入GF 寻找含 40%玻璃纤维的复合材料。点击Search。

b. 左键点选grade e-X_GENERIC_PA6_GF40，然后右键点击它，出现下拉式选单，选择 “Show Digimat Analysis File(s)”

c. 选择温度23°C与湿度50%的塑性基材模型。

d. 右键点击和选择 View File来检示材料性质。

e. 右键点击和选择Plot 来显示材料曲线。

f. 从Digimat Analysis file，右键点击要输出的材料，点选 “Export and Quit”来输出材料性质。关闭Digimat-MX，回到Digimat-RP的界面。

在材料性质输入Digimat-RP后，我们常常需要改修部份的材料参数。在这种情况下，有2种作法：

•保有原来部份的材料参数，与材料数据库的模板所给的部份材料参数一起使用

•消除原来的材料参数，完全依照材料数据库的模板所给的材料参数

在输入材料性质后，我们还是可以藉由“Reset to default values”(从材料数据库的模板中，回复原来的数值)与“Import values from material file”(由.daf/.mat档，重载数值)的方式来转换材料性质。注意：如果材料性质是被加密的，表示这些材料性质就是材料供货商提供的。

Digimat material 窗口中所显示的内容主要分成2部份：窗口的上部份包括所使用的纤维复合材料的类型，每一个选项都可以点击来检示详细的材料性质；窗口的下部份则显示出纤维复合材料应力-应变曲线，包括横向纤维排向，緃向纤维排向，2维-随机纤维排向，3维-随机纤维排向。

3.选择计算材料模型的方法

Digimat-RP提供几种已经定义好的求解方法。使用者可以建立一个新的求解方法，或直接修改现有的求解方法。修改后求解方法可以另存成一个新的求解方法。在这个案例中，我们选择Implicit-Micro的解法。关于所有求解方法的说明与其参数设定方式，请参考Digimat的使用手册。

输入塑料成型制程的数据(步骤3) (Use Data from the Manufacturing Process (Step3))

大部份的情况下，因为射出成型与结构分析所用的网格类型和数目会有不同，故我们会利用Digimat-MAP来将射出成型所预测出来的纤维排向映像到结构分析的模型上。Digimat-MAP内建在Digimat-RP中，故使用者在Digimat-RP中，亦可将射出成型的结果映像到结构分析的模型上。

1.加载射出成型模型

a.从 Microstructure的选单中，在DIGIMAT左边树形图中点选 From manufacturing process。

b.在DIGIMAT工作目录中，选择Patran的档案-“EngineCover_InjectionMesh.pat” 来输入模型网格。

载入纤维排向

a.在DIGIMAT工作目录中，由 “Load fields”选择Moldex3D的“EngineCover_InjectionOrientationTensors.o2d”

3.在DIGIMAT左边树形图中，从  "Field mapping" 点击 "Map required fields"。

a.选择Automatic 的映像方式(Manual需要额外的license)

b.点击Map

4.首先，会先进行两种模型的几何与网格的进行映射。接着，再将纤维排向从模流网格映像到结构网格。一旦映像完成后，网格与纤维排向数据将自动转移到结构模型。

5.点击窗口下方a11, a22, a33, a12, a13, a23 的图案，可以检视各方向上，结构模型的纤维排向的张量分布。

6.在所有的步骤完成后，即可点击“Submit”，开始进行分析。

a.点击Submit产生所需要的档案，进行Moldex3D与结构的耦合分析

b.选择工作目录。然后，点击Confirm。

c.点击 run locally。

d.点击 run，并以1个 CPU来执行分析。(可用CPU数目根据结构分析软件的授权决定，上限为四)

当分析工作开始执行，FE analyses 监视窗口会自动出现。这窗口分析3部分。第一部分，包括会列出所有的工作清单与执行状能。第二部分，结构分析的执行状况。第三部分，记录Digimat的执行状况。

注意：当分析工作开始执行后，Moldex3D Digimat-RP可立即用于另一偶合分析的设定，不影响正在运行的分析。

7.当分析完成后，会出现下列窗口，点击 Yes后，会开启结构分析软件，可以检视分析结果。

8.另一种方式是，右键点击上方的状况列的任何一个位置，选择 View results， View SDV table或Open working directory来检视分析结果。

9.打开Marc Mentat，点选菜单单中的view，选择Plot。在Plot control选单中，取消Node选项，然后点选Redraw重新绘制。

10.选Results选单，然后点选Model Plot。

11.选择可视化的方式。在Scalar Plot 中，点选Contour Bands 和Scalar使结果可视化。User Defined Variable是Digimat的计算结果。

12.X方向的位移量：

13.   累积的塑性应变：User defined variable 28: