复合材料设计分析软件：细观力学分析概览

（1）GENOA——多尺度复合材料渐进失效/耐久性/损伤容限分析平台

GENOA是AlphaSTAR公司开发的一款工程软件套件，专注于复合材料结构疲劳、损伤容限和耐久性分析。基于多尺度材料模型，并考虑制造工艺和环境条件，GENOA可准确预测多种复合材料（层合板、织物等）的损伤演变过程。其多尺度渐进失效分析（MS-PFA，Multi-Scale Progressive Failure Analyses）利用通用有限元分析的宏观尺度计算结果，将单元的位移、应力和应变分解到微观尺度（单胞切片级），根据分解得到的应力和应变和选定的准则判定微观尺度的损伤和失效，累计损伤得到宏观尺度的损伤演进过程。由此，GENOA将损伤力学与断裂力学结合，在统一的平台中实现复合材料结构损伤、断裂的分析。

GENOA是以分析取证CBA（certification by analysis）为目的的虚拟测试软件平台，它与物理测试的积木式方法是交互的。物理测试结果用于验证虚拟测试，而GENOA则为Coupon样件或结构组件，减少计划中的物理测试提供帮助。通过工程应用验证，GENOA损失容限分析可以解决复合材料结构如下问题：

• 多个位置产生的裂纹。
• 材料性能的不确定性。
• 可见的或不可见的、及离散的损伤源。
• 预测损伤增长和剩余强度。
• 证明耐久性和健壮性，以协助FAA认证。
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软件优势
    ▎全面的材料类型——涵盖了工程上常用的材料类型：单向带、织物、编织、夹层结构（蜂窝、泡沫）；
    ▎全面的多尺度渐进失效分析能力——预测复合材料复杂结构形式的损伤累积（微裂纹）以及使用寿命，涵盖静强度、 疲劳、冲击损伤、环境退化等多种分析类型；
    ▎制造过程的模拟——模拟缠绕制造过程，充分评估制造工艺对结构力学性能的影响；
    ▎适航验证级别的模拟——集成了ASTM 标准材料测试数据库和材料性能库，分析流程与积木法一致，结合渐进失效分析，计算、统计获得典型结构设计的设计值；
    ▎自带教程——内嵌了各种分析类型的标准分析教程（Step-by-Step），易于学习和使用；
    ▎丰富的软件接口——自带MHOST求解器，同时支持NASTRAN、ABAQUES、ANSYS、OPTISTRUCT、 LS-DYNA等主流商用有限元求解器。    ▎精确的模拟——结合已有的商用有限元软件和实测数据，采用多尺度渐进失效分析，获得通用FEA软件无法获得的精确结果和种类（例如疲劳），显著降低实验风险、规模和花费。
    ▎与适航认证一致的流程——模拟过程，从材料许用值到细节设计部位设计值（A-&B-）获取，直至大部件级别的分析，直接支持积木法验证过程，明确适航验证线路（适航验证计划），降低工程风险。

（上述图文摘自量维科技）

（2）DIGIMAT

Digimat是一款专注于多尺度复合材料非线性本构预测和材料建模的商用软件包，能够将复合材料的非线性本构关系和制造工艺过程引入到复合材料结构的有限元仿真分析中，帮助工程师评估不同类型的复合材料和制造工艺对性能的影响，从而支持复合材料的设计和优化工作。使用Digimat可以帮助工程师快速选择出最佳的复合材料结构方案，并可以通过虚拟试验方法评估复合材料结构的性能表现，减少物理试验次数。因此，在复合材料结构设计研发过程中，使用Digimat软件能够帮助客户节约一定的时间和金钱成本，达到降本增效的目的。

Digimat使工程师能够对复合材料进行微观和宏观分析，预测其性能并计算其机械，热和电性能， 也可以建模多种复合材料，包括由热塑性和热固性聚合物以及弹性体制成的复合材料。

Digimat复合材料建模技术依靠细观力学方法来准确预测多相材料的行为。提供了优化的解决方 案，弥补制造工艺、材料设计和结构有限元分析之间的差距。

Digimat模块：

• Digimat-MF：基于平均场方法的多相材料非线性本构快速预报工具。

• Digimat-FE：基于代表性体积单元（RVE ）随机几何建模和有限元求解，精确预报复合材料的 非线性行为。

• Digimat-MX：材料模型库，包含材料供应商提供的上百种牌号的复合材料模型和实验曲线。

• Digimat-CAE ：Digimat与主流工艺和结构有限元软件间的接口。

• Digimat-MAP：Digimat 2D/3D网格映射工具，可将工艺软件计算得到信息映射到结构有限元模 型上。

• Digimat-HC：蜂窝夹层板虚拟试验解决方案。

• Digimat-RP：改性塑料结构分析整体解决方案，能够快速实现从工艺仿真到有限元计算的整个 过程。

• Digimat-VA：复合材料许用值虚拟实验平台。

• Digimat-AM：仿真非金属增材制造工艺过程的工具包。

（3）Texgen——织物建模分析软件

TexGen 是由英国诺丁汉大学研究开发的复合材料织物结构细观几何建模开源软件。基于 TexGen 软件，通过设定纱线路径和纱线横截面，能够快速建立编织物、机织物、针织物等织物的几何结构。TexGen 软件的一大优点是能够迅速地创建二维或三维织物模型。同时，针对细观分析周期性边界条件施加问题，TexGen在导出单胞模型时，可以自动生成对称网格，并施加周期性边界条件，极大简化了织物结构有限元前处理过程，可以避免繁琐的程序编写工作。

Texgen创建的不同织物形式

（3d 正交机织物、三轴编织布、二维编织布、针织物）

TexGen 提供了图形用户界面建模及编程建模两种建模途径。图形用户界面建模(GUI）包含两种方式，一种是通过建模向导，可以建立二维织物和三维织物结构，根据向导只需输入相应的参数即可生成模型；另一种是分步建模，主要通过建模器创建纱线、织物单胞，设定模型参数等。编程建模是通过 Python 脚本语言或者C++编程语言连接 TexGen 库生成模型，也可以通过应用程序编程接口(API)实现建模。

此外，TexGen 软件与 Abaqus 有限元软件有良好的兼容性，可以将 TexGen 中建立的仿真模型以.stp 或inp 等格式文件输出至Abaqus中生成有限元模型，还可以通过Abaqus/GUI直接调用TexGen API接口，在Abaqus中生成模型，并借助Abaqus强大的非线性求解器计算结构的力学响应。

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