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静界有限元与您共研工业软件技术

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关键词:复合材料,有限元求解器,前后处理,技术服务,软件开发

长期以来,国内CAE工业软件研发的困境是:搞软件的人不懂力学,搞力学的人不懂软件。当然这里力学只是代称,各行业都是如此。

我走访过航空、航天、中电、中材科技等多个型号单位,也和很多高校学者讨论过这些问题。学校这边很多老师有先进的算法模型,但是缺乏工业软件技术进行封装和可视化交互。型号单位这边呢,有很多复杂的仿真计算工作需求,希望能通过定制软件高效完成,以便把精力更多投入到设计上,但是国外软件接口复杂不易实现。

目前国内的通用CAE软件,研制周期漫长,前期大量集中在基础研发上,以至于软件开发了许久,但是始终在型号上用不上去。

静界有限元工作室在长期的工业软件研发中积累了大量的基础软件模块、求解器和算法。我们本身就是力学、机器学习、工业软件一起搞,并且我们大部分人是先搞的试验,后来搞仿真,最后搞的软件。还在这个过程中参与了很多型号研发、重点课题任务。

可以说是既熟悉型号的实际需求,又可以从软件层面提供解决方案。因此我们可以提供如下模式,与您共研工业软件:

1. 模式一:提供软件封装与可视化交互,集成您的算法

我们具备三维模型解析与渲染、视口 交互、基础交互、云图渲染与报告生成等基础模块,可以针对您的算法模型,开展定制化的软件开发服务。

自研的复合材料有限元软件

2. 模式二:复杂仿真的实现与“傻瓜式”交互封装

针对复合材料渐进失效、疲劳、蠕变、冲击、固化变形等问题,普通工程师难以解决。我们可以将这些仿真技术与现有商用软件进行封装,让普通工程师只需要通过简单的交互操作,就可以完成这些仿真工作。

自研的复合材料壁板参数化建模与固化变形仿真平台

3. 模式三:专用领域软件定制

我们目前具备杆、梁、板、膜、壳、实体(四面体)、复材壳、传热、CFD(2d)、机翼结冰等各类求解器,机织、层合复合材料参数建模器,以及数据采集软件,可以针对专用领域开展软件定制开发。比如:

(1) 管道应力分析;

(2) 压力容器应力分析;

(3)特定结构的参数化建模与失效分析;

(4)结构静力试验数据采集与在线渲染;

(5) 复合材料力学相关软件定制。

4. 静界有限元现有软件与求解器一览

4.1 机织复合材料建模

机织蜂窝复合材料建模与网格自动生成软件

2.5D机织复合材料建模与网格自动生成软件

4.2 飞机结冰

可以在数十秒内完成冰形预测:

4.3 数据在线采集与渲染

可以实现多通道位移、载荷、应变、温度等多物理量数据采集,并将数据映射到三维模型上,实现实时变形可视化。

4.4 复合材料有限元软件

针对复合材料力学问题,具备网格划分、复杂交互、铺层定义、局部材料坐标系定义、变厚度与复杂铺层快速定义、渐进失效模拟、后处理功能。

4.5 复合材料壁板固化变形软件

针对帽型长桁加筋壁板,可以参数化完成建模,内置固化变形本构,实现固化变形模拟。

4.6 其他求解器

瞬态热传导求解器

2D CFD求解器

三维梁单元求解器

4.7 其他前后处理工具

层合板实体单元自动建模

有限元结果渲染工具

    

层合板冲击仿真后处理工具


来源:静界有限元
疲劳复合材料通用航空航天材料渲染试验管道
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2026-05-19
最近编辑:4月前
静界有限元
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变厚度复杂铺层壁板如何建模、仿真

关键词:复合材料,变厚度,铺层递减,铺层截断,自研有限元软件,建模复合材料变厚度铺层带来的问题很多情况下,实际使用的复合材料结构件都是变厚度的,尺寸越大的壁板越是如此。厚度的变化会同时带来制造和仿真上的困难。首先是制造困难。对于曲面件来说,非等厚意味着不同区域的铺层不同,而不同的区域几何大概率也是非规则的。如果是手工铺贴,如何定位不同的铺贴区域呢?目前工业上一般采用激光投影定位的方式,精准地给每个区域进行光学标记。图来源:3D激光投影定位_三维激光投影定位_复合材料铺层定位_光量信息科技说起这,干土建的老哥会表示很熟,不就是激光打线嘛。道理确实这么个道理,但还是有区别的。正儿八经的激光投影,内部有一套振动机构,当用户输入不同的几何外形,这个振动机构可以带动激光高频扫动,投射出几何外形。另一方面,自动铺丝技术的引入,则是解决了大尺寸变厚度壁板的铺贴难题,层合板变得可以像3D打印那样,自动完成预制体的制造。图来源:航空工业复材自动铺丝技术:技术 发展 创新 引领_中国聚合物网然后是建模与仿真问题。如果采用实体单元逐层建模,变厚度、分布不均匀情况下,复杂壁板可能会有成百上千的不同厚度区,手动创建网格的工作量无法想象。如果是壳单元定义铺层,即便使用ABAQUS 复合材料模块Composite Layup,同样要面临先创建成百上千的不同厚度单元集,然后人工逐个定义铺层的难题。更不用说在Composite Layup模式下,无法同时使用UMAT/VUMAT子程序的问题。Fikry M J M, Iizuka K, Nakatani H, et al. Suppression of Delamination in CFRP Laminates with Ply Discontinuity Using Polyamide Mesh[J]. Journal of Composites Science, 2025, 9(8): 414.我在研发SFEM软件之初,这类问题就已经定位在SFEM要解决的问题清单中。当1.0版本完成的时候,这个问题对于SFEM来说已经不再是重大难题。难点在于,应设计什么样的交互逻辑,让用户快捷的完成变厚度与复杂铺层的准确定义,然后借助我们开发好的复合材料渐进失效(未来还有疲劳、蠕变)求解器完成仿真。SFEM软件的应对策略特点1:复杂变厚度的处理熟悉我们自研的SFEM软件的读者知道,它本质上是复合材料壳单元,不同区域的不同厚度设置,归根结底是不同单元厚度的设置。而对于壁板来说,我们使用的壳只是它的一个表面或者是中面。所以SFEM软件对于厚度的识别策略是,在导入仿真壳面后,可以导入一个参考面,如果参考面和壳面是壁板的上下表面,那么厚度就是通过计算仿真面内每个单元到参考面的距离获取。如果仿真面是中面,那么只需要对所得的厚度值乘以2即可。特点2:复杂铺层的实现大部分情况下,设计人员在设计铺层的时候,会定义A、B、C、D等多种铺层。其中A铺层为所有面共有,然后依次根据厚度变化,在局部铺设B、C、D...等等,通过依次递减策略完成铺设。有点类似于汽车减震钢板这个意思:针对这个情况,SFEM可以导入一个依次包含A、B、C、D等全部铺层组数据的Excel文件。根据厚度,软件逐个添加铺层组,直到厚度达到前面获取的厚度值。即铺层截断的思路。SFEM软件的交互与仿真效果有了上述思路,用户可以非常轻易的完成变厚度与铺层设置了。1. 导入仿真壳面,完成网格离散。2.导入参考面数模(stl格式)3.导入全部铺层数据表格(对称铺层的一半)4.设置厚度倍数(如果仿真面和参考面是原壁板上下表面,默认1。如果仿真面是中面,则输入2)5.选择模板单元集(针对导入多个形面情况)6. 确认后,软件自动完成变厚度与铺层设置。7. 通过厚度效果显示按钮,查看变厚度后效果,不同厚度通过云图进行直观展示,这个壁板最厚区域约20mm,薄的区域约6mm。且过渡非常不均匀,SFEM 可以有效完成厚度定义:8. 通过铺层效果显示按钮,查看铺层效果,不同铺层角度用不同颜色渲染: 这个案例最厚的地方接近20mm,100多层的铺层。设置好材料参数和边界条件:两端固支,中间加载。然后可以很快完成仿真,得到结构的变形、应力、失效分布。位移应力失效分布来源:静界有限元

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