1927 年，Franz Schneider 博士成立了一家公司，並最終以自己的名字為(wei) 它命名。如今，該公司擁有 4,000 名員工，年產(chan) 值約 5 億(yi) 歐元。目前已成為(wei) 德國一級汽車供應商，而且正致力於(yu) 將業(ye) 務拓展至其他地區。我們(men) 專(zhuan) 注於(yu) 汽車內(nei) 飾設計和相關(guan) 設備，旨在實現創新、質量及美學的統一。我們(men) 主要關(guan) 注四個(ge) 領域——汽車內(nei) 飾係統、空調控製係統、內(nei) 飾表麵處理及車內(nei) 部件。我們(men) 的工程專(zhuan) 業(ye) 知識涵蓋工具製造、設備製造、注塑技術、塗裝技術及裝配技術。對我們(men) 來說，聚合物和塑料也是非常重要的一塊業(ye) 務。優(you) 質產(chan) 品和卓越工程是我們(men) 的靈魂。

在生產(chan) 聚合物產(chan) 品時，我們(men) 所麵臨(lin) 的一大挑戰是要建立起製造工藝與(yu) 結構分析仿真之間的聯係。我們(men) 需要將生產(chan) 工藝涉及到的產(chan) 品屬性作為(wei) 汽車計算機輔助工程（CAE）仿真的標準。在應用過程中，必須通過試驗來證明有限元分析（FEA）仿真的準確性。因此我們(men) 選擇 MSC 軟件的 Digimat 對纖維增強塑料（FRP）進行仿真。但是，要想獲得非常準確的有限元分析預測，就需要細致的聚合物材料模型，尤其是在無法從(cong) 供應商處獲得確切的材料數據時。這正是 Digimat 在製造塑料零件方麵大顯身手之處。通過案例研究，我們(men) 將展示自己的 CAE 建模團隊如何利用來自國際數據庫的標準塑料材料輸入對 FRP 汽車內(nei) 飾件進行仿真：首先采用商用有限元分析解算器，然後采用 Digimat 的結構分析求解器和集成材料數據庫（見圖1）。我們(men) 確定了作用在零件（需要在Digimat 中進行檢查）上的兩(liang) 種分別為(wei) 140N 的負載情況（圖 2）。我們(men) 指定了兩(liang) 個(ge) 場景，分別稱之為(wei) “過去”（利用可以從(cong) 標準文本和數據庫中獲得的材料屬性進行有限元分析仿真）和“現在”（利用從(cong) Digimat 及其微觀結構材料數據庫獲得的材料屬性進行有限元分析仿真）。

圖 1.纖維增強塑料零件的幾何形狀

圖 2.FRP 零件有關(guan) 的兩(liang) 種負載情況

圖 3 所示為(wei) 采用 Durethan 製造的 FRP 零件的材料屬性，我們(men) 首先利用國際塑料數據庫的力學屬性用商業(ye) 有限元分析代碼進行仿真。根據以往的有限元分析經驗，我們(men) 將這些力學屬性降低 20% 左右。圖 4 中顯示了針對選定的不同單元類型所得出的結構分析預測，其峰值位移範圍為(wei) 11 至 29 mm。將 Durethan 的材料屬性改為(wei) 曲線時（即之前從(cong) 標準化試塊的拉伸試驗中獲得的曲線），峰值位移變為(wei) 13 mm 左右（圖 5）。

圖 3.來自 FRP 零件國際塑料數據庫的材料屬性輸入

圖 4.采用國際塑料數據庫輸入和一階、二階及殼單元進行 FRP 零件的有限元分析位移預測

圖 5.FRP 零件采用來自 Digimat 內(nei) 部專(zhuan) 有數據庫的材料數據因此，由以上情況可以看出，力學屬性輸入對於(yu) 有限元分析預測能否得出正確的位移有著至關(guan) 重要的作用。為(wei) 檢查預測值與(yu) 實驗值的實際接近程度，我們(men) 在上述兩(liang) 種負載情況下對真實的零件進行了測量（圖 6），發現第 1 種情況的關(guan) 鍵位移為(wei) 21.6 mm，第 2 種情況為(wei) 19.6 mm。

圖 6.在兩(liang) 種負載情況下 FRP 零件實驗測得的位移曲線

圖 7 至圖 10 所示為(wei) 利用 Digimat 自帶的材料微觀結構數據庫中的材料輸入數據對同樣的 FRP 零件進行仿真，通過 Digimat RP 得出的預測應力和位移的預測結果。將采用來自國際塑料數據庫中材料屬性的“過去”有限元分析解算器預測，與(yu) 采用新增加的材料屬性曲線的“現在”Digimat RP 有限元分析預測進行對比，可明顯看出：在第 1 種情況下，Digimat 預測值與(yu) 實驗測量值的誤差不超過 0.21 mm；而在第 2 種情況下則不超過 1.22 mm。與(yu) 我們(men) 過去所采用的有限元分析法相比，Digimat 的偏差分別比以前縮小了 10 倍（1000％）和 4 倍（400％）。

圖 7.FRP 零件采用來自 Digimat 內(nei) 部專(zhuan) 有數據庫的材料數據

圖 8.在 Digimat RP 中對 FRP 零件進行仿真

圖 9.用 Digimat RP 對第 1 種負載情況（左）和第 2 種負載情況（右）下 FRP 部件的位移進行預測

圖 10.針對上述兩(liang) 種負載情況下的 FRP 部件，將過去的有限元分析預測、現在的 Digimat 預測與(yu) 實驗測量結果做對比

總結與(yu) 結論

通過我們(men) 對一個(ge) 纖維增強塑料汽車內(nei) 飾零件的研究可以看出，要想準確預測負載情況下的位移，就必須設法建立起工藝與(yu) 結構仿真之間的聯係。我們(men) 將生產(chan) 工藝涉及到的產(chan) 品屬性考慮在內(nei) ，這些產(chan) 品屬性必將成為(wei) 汽車工業(ye) 計算機輔助工程仿真工具（如有限元分析）的標準。通過實驗驗證的方式，我們(men) 用實驗證明了 Digimat RP 在纖維增強塑料結構分析領域的分析準確性。我們(men) 認為(wei) ，將材料建模技術引入到結構分析中（例如引入到 Digimat 中），即便供應商未提供精準的仿真材料數據，也一定能夠改進塑料零件的質量。