概述
编织复合材料由于其结构特性，特别是在厚度方向的增强作用，使其在航空航天等工业领域得到广泛应用。与传统材料相比，三维编织复合材料还可以降低制造成本和时间，但仍需要设计和测试，以便更好地理解渐进损伤并进行失效分析。在多尺度建模中，理解基础微观结构和缺陷对失效的影响历来都是具有挑战性的。使用 Simpleware 软件基于图像的建模方法与 NCYL 多尺度代码则解决了这些问题，从微观到细观和宏观，在不同的长度尺度上生成精确的网格。
亮点
- 采用多尺度建模方法（NCYL 代码）对三维编织复合材料进行渐进损伤和失效分析
- 通过 micro-CT 在 Simpleware 软件中建模进行微结构缺陷的原位研究
- 节省计算资源并加深对高价值材料的了解
Simpleware 软件的多尺度网格划分
运用 Simpleware 软件的新方法获得了在不同长度尺度上都高保真和计算精确的模型，用于在代表性体积单元（RVE）尺度理解微观和宏观尺度的关系。采用不同的 SkyScan Micro CT 系统（1173、1076、1076）获取不同长度尺度的图像，从一个 2”x1” 的样本，到一半试样，再到完整试样。考虑到计算效率，在 Simpleware 软件中只取一半的数据进行高分辨率的手动分割，从而减小导出 FE 模型的尺寸。Simpleware 软件可以直接从微观 CT 数据中分割出单独的纤维和基体区域，并构建原位缺陷。
在 Simpleware ScanIP 模块对图像数据中每根纤维束进行分割并重建成三维结构。由 micro-CT 数据创建的Simpleware 模型重现了复合材料中的原位微观结构缺陷。
模拟结果
扫描图像数据的代表性体积单元（RVE）也是在 Simpleware FE 中进行网格划分获得，可用于捕捉几何缺陷。将生成的有限元网格导出为 Abaqus 的格式，其中包含所有的有限元和节点信息以及纤维路径取向。
采用纤维-基体尺度的RVE预测纤维束有效性质以及复合材料的聚合物基体中微裂纹和微损伤的影响，继而以此从细观尺度在宏观有限元分析中预测刚度和应力。
结论
一个分析缩比模型（NCYL）也为三维编织复合材料重的渐进损伤和失效分析提供了计算效率高的框架。渐进损伤和失效分析的模拟结果与实验数据吻合良好，研究了纬纱方向的面内弹性模量。全局-局部建模策略得益于基于图像建模的原位微观结构缺陷的因素，而缩比细观力学模型能够预测均质纤维束的有效非线性响应。本案例为研究者提供了一种具有较低计算成本的方法，适用于研究高价值复合材料中的大尺度渐进损伤和失效分析。
参考
- 致谢等更多信息请参考英文原文：https://www.synopsys.com/simpleware/resources/case-studies/woven-textile-composites.html
- Patel, D.K., Waas, A.M., Yen, C.F., 2018. Direct numerical simulation of 3D woven textile composites subjected to tensile loading: An experimentally validated multiscale approach. Composites Part B, Vol 152 （2018）, pp. 102-115.