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纏繞復合材料壓力容器設計仿真一體化工具-WoundSIM
發(fā)布時間: 2021.04.27  點擊:5893 次

一、引言

高壓儲氣罐是先進復合材料,尤其是碳纖維纏繞復合材料用量最大、增長最快的市場之一。纏繞復合材料壓力容器具有重量輕、壓力大等優(yōu)點,是充分發(fā)揮纖維強度的最優(yōu)結構,因此廣泛應用于航空、航天等領域。盡管它們可以自給式呼吸器方式為航空航天器提供氧氣和氣體存儲,但是復合材料壓力容器的主要以及最終市場仍然是大量用于運輸壓縮天然氣(CNG)以及乘用車中的燃料存儲,應用于動力總成依賴于CNG和氫氣以替代汽油和柴油的公共汽車和卡車。WoundSIM是S-VERTICAL公司開發(fā)的一款用于纏繞復合材料壓力容器(COPVs)設計、數(shù)值模擬和優(yōu)化的新一代工具。

二、產(chǎn)品概述
在已有類型工具基礎上,提供獨立可視化圖形界面,強化了參數(shù)鋪層建模,引入結構優(yōu)化與試驗設計功能,滿足復合材料結構設計仿真一體化的需求。

                                                   圖. 纏繞復合材料壓力容器設計仿真一體化



當定義復合材料層表時,使用圖形界面即時查看復合材料層。調(diào)整纏繞角時,可自動計算與調(diào)整結構層厚度??赏ㄟ^COPV結構計算和分配鋪層材料性能。

                                          圖. WoundSIM用戶界面


WoundSIM產(chǎn)品優(yōu)勢與特點:
- 增強了壓力容器幾何構型與層厚度的相關性
- 提供的全面鋪層設計參數(shù)允許結構快速重構
- 開發(fā)的工具與獨立的可視化用戶界面
- 更快的時間響應(一般30層結構生成時間<1秒)
- Layup的結構渲染方便層間的選擇和識別
- 可快速和全自動的生成COPV有限元模型和后處理
- 與 Abaqus完全兼容和集成
- 自動與Abaqus WCM模型轉換 
- 與 Isight參數(shù)優(yōu)化流程兼容
- 開發(fā)的XML API數(shù)據(jù)接口,確保與其它軟件軟件或客戶的內(nèi)部工具的開放性
- 集成COPV參數(shù)優(yōu)化能力,滿足減重優(yōu)化需求
- 集成設計仿真模型VS測試數(shù)據(jù)校準功能

                      圖. 實現(xiàn)設計仿真模型與實測數(shù)據(jù)校核

三、有限元仿真模型
在WoundSIM界面上定義和驗證完鋪層后,用戶可以生成幾何形狀和相應的有限元模型,以便進行所有需要的模擬仿真計算。
生成有限元模型
界面中確認后,生成有限元模型包括:
- 自動生成的幾何與網(wǎng)格模型
- 轉換的材料屬性 
- 與其他組件、容器內(nèi)襯等自動定義裝配、載荷和邊界條件
- 支持生成二維、三維的殼體與實體模型
- 在Abaqus/ CAE 中可方便編輯

                                             圖. WoundSIM在Abaqus/CAE的界面窗口

支持的有限元分析類型:
生成的有限元模型在Abaqus中可支持以下分析類型:
- 穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)的壓力載荷
- 熱傳導分析
- 熱固耦合分析 
- 跌落與碰撞分析
- 循環(huán)載荷與疲勞評估
復合材料屬性定義
WoundSIM中包含的微觀力學模塊允許從纖維和基體屬性創(chuàng)建復合層狀材料。失效應力和應變參數(shù)包含在有限元分析中,可以使用常見的破壞準則(例如Tsai – hill準則 Tsai-Wu準則等),對壓力容器材料的破壞進行預測。
Abaqus后處理
WoundSIM的Abaqus界面提供了許多無縫后處理功能,如專門的路徑繪圖和輪廓繪圖工具,允許快速結構評估。
WoundSIM包含一個編譯的用戶子程序庫,可以訪問所有復合材料特定的輸出后處理數(shù)量,如纏繞角度,纖維和基體應力和應變,損傷參數(shù)。計算工作可以在沒有Fortran編譯器的情況下運行。

圖. WoundSIM提供后處理中的用戶子程序列表


四、高級功能
WoundSIM提供先進的工程和集成算法,為COPV設計人員和仿真工程師提供多種工具與輔助功能:
- 整體COPV結構減重可達 30% 
- 包括DOE試驗設計方法
- 有限元模型的批處理功能
- COPV幾何結構的穩(wěn)健性分析
- 可以提供與其它纏繞成型軟件或厚度成型公式相關聯(lián)
- 模型與實驗結果的相關聯(lián)

                  圖. WoundSIM提供后處理中的用戶子程序列表 

DOE 試驗設計
- DOE特性允許對多個幾何參數(shù)進行分析
- 可分析輸入?yún)?shù)對COPV幾何的影響
- 可分析輸入?yún)?shù)對結構響應的影響
- 可分析COPV結構可靠性
- 方便進一步優(yōu)化出更好的設計參數(shù)
參數(shù)化模型與實驗數(shù)據(jù)校核
- WoundSIM可將幾何模型與參數(shù)化自動算法、制造工藝約束等相關聯(lián)
- 智能圖像比對功能

                                                              圖. 圖像比對

五、技術支持
上海江達科技發(fā)展有限公司作為WoundSIM軟件在中國的代理,提供售前和售后技術支持、服務并提供如下培訓。
Lecture 1: WoundSim Overview
Lecture 2:COPV Creation in WoundSim

Mandrel Definition
Material Definition
Composite Layup 
Definition
Lecture 3: 2D COPV Creation in Abaqus
Lecture 4: 3D COPV Creation in Abaqus
Brick&Cylindrical
Elements
Shell Elements
Lecture 5: Applications Cases
Autofrettage/Burst
Buckling/Debonding
Drop/Crash Test



商務聯(lián)系方式:
曹女士 :
電 話:13482108233
E-mail:caoh@jiangdatech.com





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