以Digimat軟體，比較等向性材料和異向性材料數據的結果。
這篇文章內容是關於長纖維增強材料。
現在使用者對產品的要求，論在功能或者美觀上都越來越高。產品開發持續面臨著挑戰，需要在設計和材料選擇上進行最佳化，以提供零件的高性能應用。電腦輔助模型建立是一個重要的工具，能幫助預測零件性能、簡化設計流程、加速原型製作並提高製造效率。然而，這個過程相當複雜，需要進階的數據來準確地預測材料在最終使用時的表現。
Avient Corporation 是一家提供專業和永續材料解決方案及服務的領導者，他們投入大量資源在測試設備、人員及軟體上，以幫助客戶深入了解其獨特的材料解決方案及其性能表現。為了提升精確預測零件性能的能力，Avient 與 Hexagon 的 Digimat 軟體合作。
Avient 與 Hexagon 使用 Digimat 開發了具有異向性長纖維材料數據的模製連接桿。此次研究的目標是觀察兩種反應-拉伸性能和彎曲性能，並比較等向性模型、異向性模型與實際樣品測試的結果。
挑戰
等向性模型採用單一材料反應，並假設潛在零件的每個位置都具有這種單一反應。圖1所示的拉伸測試數據顯示了材料反應隨纖維方向而變化。實際上，材料反應可能落在材料曲線之間的任何位置(圖1)。這種材料反應的變異性強調需要進階的材料模型預測方法。這個方法應納入異向性材料數據。這種精確的預測，以整合計算材料工程（Integrated Computational Materials Engineering, ICME）來進行，滿足客戶應用 Avient 產品的需求。
解決方案
Avient 利用 Digimat 進行逆向工程，以材料的微觀結構、拉伸測試數據及微機構模型建立為基礎，獲取材料數據。長纖維增強材料由於需要考慮纖維束、纖維糾結及熔接線的影響，模型建立變得更加複雜。Digimat 的材料卡能精確地捕捉上述三種現象。一旦校準程序完成，Avient 能將這個 Digimat 材料模型應用於各種結構模型。所有常用的有限元素分析（FEA）程式，皆透過相同的流程使用 Digimat 材料模型 (圖2)。
Avient 北美特種工程材料技術總監Brad Davison說道：「透過模具填充模擬及 Digimat 來評估幾個選項，我們能在進行長纖維結構分析時考慮製造變異性。這大大提升了解決方案的精確度，並提供優化塑料零件及模具設計指引。」
成果與效益
Avient 已經將 Digimat 材料模型應用於兩種不同的負載情境：彎曲測試和拉伸測試。圖3顯示彎曲測試的結果，其中 Digimat 異向性材料建模，在剛性方面，相較於傳統的等向性建模，有明顯的優勢。在圖4中，等向性建模與 Digimat 異向性建模的失效位置是一樣的。
圖5展示了拉伸測試的結果，再次證實了Digimat異向性建模相較於等向性建模的優勢。透過進一步研究先進材料建模結果，我們發現並改進測試模型。最初的拉伸測試模型由於測試裝置意外移動，未能捕捉到多個元素，因此調整了有限元素分析（FEA）模型，以完整捕捉測試設置。圖5顯示的 Digimat 異向性建模的結果，與先前的結果相比，顯示出大幅提升的剛性準確性。
圖6，展示拉伸測試中等向性和 Digimat 異向性建模的失效位置。與等向性方法不同，Digimat 異向性方法能夠準確捕捉到實驗觀察到的失效位置。
除了提供一個穩健的方法來考量製造過程中不同的澆口位置外，Hexagon 的 Digimat 多尺度 (multi-scale) 建模在剛性和失效的準確性上有顯著的改善。相比等向性建模方法，Avient 使用Digimat異向性建模，在連接桿的拉伸和彎曲測試能預測得更精確。
這種精確的模擬應用，增加設計成功的信心，大幅縮短開發時間和成本。如果模擬失敗，可以修改參數- – 例如導入新材料、修改設計、改善製造等等-以達到預期的結果。這個案例研究顯示，透過利用3D套裝軟體模擬，並且與實際測試比較，Avient能夠準確地解釋數據，協助客戶解決棘手的應用挑戰。
原文內容: Advanced simulation captures part performance for fibre reinforced thermoplastics