纤维取向分布

Autodesk Simulation Moldflow Insight 常用于预测短纤维填充的注塑成型塑料零件中纤维取向的空间分布。二阶纤维取向张量本质上提供了位于所讨论点 [3] 附近的纤维取向的统计描述(在连续统意义上)。纤维取向张量的特征矢量提供纤维填充塑料(被理想化为正交各向异性材料)的主材料方向。

纤维取向张量的特征值提供纤维填充塑料的正交各向异性程度的测量(即,增强纤维的随机性程度或对齐程度)。例如,完全三维随机纤维取向会生成纤维取向张量特征值 (1/3, 1/3, 1/3),而完全对齐纤维取向张量会生成特征值 (1, 0, 0)。

纤维取向张量可用于对包含完全对齐纤维的类似复合材料的本构基体执行操作,以便根据指定的纤维取向分布计算实际复合材料的各向异性刚度基体(称为纤维取向平均 [1] 的过程)。现已证明 [4],使用纤维取向平均预测的各向异性刚度基体可以与从有限元模型(其包含对应于指定纤维取向张量的实际纤维分布)获取的各向异性刚度基体良好吻合。

由于纤维取向平均过程很可靠,因此它可以为更简单且完全对齐的单个材料开发复杂的非线性材料模型(例如,塑性、损坏、断裂)。然后,纤维取向平均过程可用于根据指定的纤维取向分布计算实际复合材料的切线本构基体。

在纤维填充塑料的机械载荷模拟中,了解模型中每个点的纤维取向对于求解的精确性而言至关重要。通常,用于模拟零件结构响应的有限元网格与用于模拟注塑成型的网格不同。因此,需要将 Moldflow 模型中预测的纤维取向张量内插到结构模型。Advanced Material Exchange 提供了一种方法,用于将纤维取向“映射”到结构模型并比较纤维取向的分布。有关此主题的详细信息,请参见用户手册的映射结果部分。