如何利用ANSYS Material Designer，对复合材料进行均质化分析？

复合材料结构的数值模拟由于涉及长度尺度的不同而具有一定的挑战性。虽然微观有限元方法可以用来模拟系统的结构力学问题(解决所有的长度尺度)，但对于复杂大型产品的设计它是不实际的。因为所需的单元数量将是天文数字，计算成本会非常之高。

在复合材料有限元分析中，消除尺度问题的标准方法是均质化。

即通过计算微观胞元均质化材料参数，将它应用到宏观尺度的模型中，而不是模拟整个复杂的微观结构，从而大大降低计算成本。

在材料设计中，均质化过程从代表性的微观胞元（RVE，Representative Volume Element）的建模开始。

这需要创建一个简化的几何图形，以及定义组成材料的材料属性。然后，对几何模型进行网格划分进行有限元分析，计算其响应，最终根据这些响应的结果计算均质材料数据。

Material designer（简称MD）是ANSYS v19.2中引入的一种新的均质化工具，用于评估不同材料和结构(复合材料、晶格或用户定义)的有效线弹性和热材料属性。

使用material designer工具，可以计算基于晶格结构、UD复合材料(UD)、随机UD复合材料、短切纤维复合材料、编织复合材料或指定一个用户定义的RVE的有效材料性能，如图所示：

如何使用它呢？

以ANSYS2020R1新增的honeycomb RVE为例，以下介绍其操作步骤。

第一步

从子项目中拖动一个MD模块，双击engineer data，定义基本材料属性，本案例材料属性默认结构钢。

第二步

双击MD，选择RVE类型为Honeycomb。注意：material designer支持微观尺度的文件，如果单位系统不对，可以通过单击File> SpaceClaim Options > Units来更改当前文档中的单位系统。

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审核编辑 黄宇