案例分享 | Sovitec將玻璃微珠產品成本降低20%
來源: | 作者:薈奇安科技 | 發布時間: 2020-12-30 | 619 次瀏覽 | 分享到:

案例分享 | Sovitec將玻璃微珠產品成本降低20%

Sovitec是一家總部位于比利時的跨國公司,其旗艦產品玻璃微珠應用于表面處理、道路標記、涂料和工程塑料等眾多領域。該公司有意用玻璃微珠替代玻璃纖維,希望在提供相同或更好性能的同時,降低材料生產的總成本。在研究了若干方案之后,Sovitec決定采用Digimat對不同玻璃微珠產品進行微觀、宏觀材料建模,在此基礎上進行方案優化。

過去的20年中,材料工程師對材料性能的虛擬表征(Digimat-MF、Digimat-FE等模塊)使得現在能夠以相對較低的成本比較各種材料組合,以此優化材料組合方案。目前,多尺度仿真技術已能夠讓用戶對復雜、真實的微觀結構進行深入研究,了解其材料行為,從而確定影響性能的關鍵參數。仿真軟件不僅可以實現材料虛擬表征,還能夠實現材料優化。這提供了前所未有的設計&制造潛力,為新產品、新工藝的應用提供了技術支撐。
在航空航天、國防、汽車、醫療、電子、石油和天然氣等行業,先進材料,如塑料、復合材料、硬質金屬、橡膠和納米材料總被要求改進性能、集成更多功能。這些材料通常被設計成多相,在帶來性能提高的同時,也導致分析困難,這對材料工程師而言極具挑戰。此外,上述材料通常表現出非常規特性(非線性、各向異性、工藝依賴等),這使得在制造過程中對其進行描述、控制變得非常困難和昂貴。因此,在實際制造之前,對材料進行建模驗證就顯得非常重要。

微觀力學對多相材料的仿真


微觀力學是一門描述微觀尺度材料性能的科學,通過耦合微觀結構&組分相性能、宏觀性能,構造材料微觀尺度組分性能與材料宏觀性能的函數關系。工程實踐中,通常需要以下兩項互補技術:?  平均場均質化?  基于有限元的均質化結合以上兩種技術,就可用材料微觀組分反應其宏觀性能(見圖1)。
圖 1 : 仿真軟件(Digimat)中的均質化工作流程

平均場勻質化(圖中為Digimat-MF)使用解析法計算材料性能(見圖2),也就意味著利用仿真技術高效篩選材料或基于微觀結構評估材料非線性成為可能。上述方法常用于表征短切纖維增強塑料(SFRP)從纖維取向一致到完全隨機等不同狀態下的性能。


 2 : 平均場均質化評估纖維取向對短纖維增強塑料非線性特性的影響

材料仿真中的另一個需求是多相材料的端到端仿真工具(例如Digimat-FE)?;诓牧辖M分、微觀結構定義,建立有限元模型并計算。然后,用概率分布函數對仿真結果進行后處理,評估代表體單元(RVE)的細節。最后,計算出平均值,并將其用于隨后的宏觀結構件的有限元分析(見圖3)。

圖 3 : 基于有限元的均質化工作流程

Sovitec玻璃微珠替代玻璃纖維


該項目中,Sovitec首先利用Digimat對兩種增強相的實驗數據進行校準:30%質量分數玻璃纖維增強PA6、30%質量分數的玻璃微珠增強PA6?;诮⒌膬煞N材料模型,在Digimat-MF中進行了虛擬復合,尋找可能的新型復合方案。在確定了可能符合要求的材料后,使用Digimat-FE進行進一步的的微觀研究(見圖4)。

圖 4 : 對新的材料組合的深入研究
Sovitec確定的優化方案是15%玻璃纖維+15%玻璃微珠的組合,這種材料具有以下優點:

1. 與全纖方案相同的剛度;

2. 玻璃微珠的引入使得熱力各向同性,降低了纖維應力集中,提高了斷裂強度。

Sovitec將上述新材料推向市場后,將實現單件成本降低20%,部件循環時間縮短29%的同時降低機器損耗,最終大幅降低制造成本。

圖 3 : 基于有限元的均質化工作流程

Sovitec玻璃微珠替代玻璃纖維


該項目中,Sovitec首先利用Digimat對兩種增強相的實驗數據進行校準:30%質量分數玻璃纖維增強PA6、30%質量分數的玻璃微珠增強PA6?;诮⒌膬煞N材料模型,在Digimat-MF中進行了虛擬復合,尋找可能的新型復合方案。在確定了可能符合要求的材料后,使用Digimat-FE進行進一步的的微觀研究(見圖4)。圖 3 : 基于有限元的均質化工作流程

Sovitec玻璃微珠替代玻璃纖維


該項目中,Sovitec首先利用Digimat對兩種增強相的實驗數據進行校準:30%質量分數玻璃纖維增強PA6、30%質量分數的玻璃微珠增強PA6?;诮⒌膬煞N材料模型,在Digimat-MF中進行了虛擬復合,尋找可能的新型復合方案。在確定了可能符合要求的材料后,使用Digimat-FE進行進一步的的微觀研究(見圖4)。圖 3 : 基于有限元的均質化工作流程

Sovitec玻璃微珠替代玻璃纖維


該項目中,Sovitec首先利用Digimat對兩種增強相的實驗數據進行校準:30%質量分數玻璃纖維增強PA6、30%質量分數的玻璃微珠增強PA6?;诮⒌膬煞N材料模型,在Digimat-MF中進行了虛擬復合,尋找可能的新型復合方案。在確定了可能符合要求的材料后,使用Digimat-FE進行進一步的的微觀研究(見圖4)。

欧美三级真做在线观看