數位雙生：汽車複合材料設計到製造的精準模擬
隨著汽車產業追求輕量化 和高效能，複合材料的應用日益廣泛。然而，複合材料的複雜製造過程和結構分析帶來了獨特的挑戰，例如製程引起的變形、殘餘應力 以及確保嚴格的幾何公差。透過先進的模擬技術，我們將展示如何運用數位雙生解決汽車複合材料領域的關鍵挑戰，藉此達成設計目標、優化製造流程、提升產品品質並縮短開發週期。
複合材料設計、製造與性能預測的挑戰
- 複雜結構與多物理場行為的精準預測
複合材料要求詳細的複合層建模和故障預測 ，同時必須涵蓋結構、熱、靜態、動態、暫態和碰撞等多重物理分析 。
- 製程缺陷、殘餘應力與幾何公差控制
固化、樹脂灌注等製造工藝會產生殘餘應力，導致製程引起的變形和缺陷 。這必須嚴格控制，以滿足精準的幾何公差要求 。
- 材料異向性、參數優化與多樣成型應對
需要應對可變材料屬性、補充材料資料，並優化複雜的樹脂灌注、固化流程和模具設計。同時，必須解決各種層疊與射出成型方法帶來的挑戰。
使用射出成型資料的簡短光纖工作流程
Ansys 解決方案：從虛擬世界實現高效製造與精準分析
Ansys 解決方案以 Ansys Mechanical 作為核心平台，提供一套整合的數位工具鏈，確保從設計到製造的連續性。
- Ansys Composite PrepPost (ACP)：提供詳細的複合層建模和故障預測，適用於殼體、固體模型。
- Ansys Workbench 整合：實現參數化建模、DOE、最佳化，並支援結構、熱、靜態、動態等多重物理分析。
- Ansys Composites Curing Simulation (ACCS)：精確預測製程變形與殘餘應力，協助優化固化週期及工具設計（包括 ACCS RTM 用於樹脂灌注優化）。
- Material Designer：建立和校準可變材料屬性，確保模擬精確性。
- 幾何公差與 PID 補償：提供補償工具，確保產品在第一次生產時滿足公差要求。
- HDF5 資料傳輸：實現製造與結構分析的無縫銜接，傳輸層疊數據，消除數據孤島。
關鍵效益
- 降低成本與時間：透過虛擬模擬，可以避免昂貴的試用和錯誤工具設定，並顯著減少實體原型製作和測試成本與時間。
- 提升品質：模擬確保複合材料零件能夠完全注入與固化。同時，透過精確的補償工具，可以考慮製程引起的變形（PID），並滿足幾何公差。
- 優化生產：整體上，模擬技術能夠改善製造週期時間和零件品質。
HDF5層疊資料傳輸
場相關材料屬性變化
詳細的建模和分析
使用射出成型資料的簡短光纖工作流程
固化和輸液
結論
Ansys 的複合材料解決方案透過整合 ACP、ACCS 和 Ansys LS-Dyna 等專業工具 ，並以 Ansys Mechanical 作為核心平台 ，成功構建了汽車複合材料的「數位雙生」環境。這使得工程師能夠在虛擬世界中，全面且精準地解決從材料定義、結構設計、流體動力分析到製造製程優化所面臨的挑戰 ，最終加速汽車產業實現輕量化、高性能和高可靠性的目標 。
資料參考：ANSYS Blog
更多複合材料模擬分析，歡迎聯絡鑫威討論！
