德国航空航天中心利用软件成功进行陶瓷基复合材料裂纹预测

日前,德国航空航天中心(DLR)选定一家先进材料多尺度模拟仿真软件开发商MultiMechanics,对陶瓷基复合材料(CMC)部件生产过程中的裂纹情况进行预测。

DLR旗下位于德国斯图加特的结构与设计研究所已成立了一支模拟仿真技术团队,开始对陶瓷基体制备过程中重要的中间步骤——前躯体高温裂解过程进行模拟。在该过程中,碳纤维增强复合材料(CFRP)被加热至1600摄氏度的高温,随后冷却。研究团队尝试分析温度变化对材料微观结构和相应的材料行为所产生的影响。分析结果对于未来DLR的陶瓷基复合材料部件的生产至关重要。陶瓷基复合材料主要应用于火箭喷嘴、返回地球大气层所需的热保护系统及其它部件。

DLR陶瓷基复合材料与结构部模拟仿真项目组主管Neraj Jain表示:“MultiMech软件能够对微裂纹及其对整体部件的影响进行模拟。有了它,我们可以清楚地看到裂纹的扩展方向,知道裂纹将如何改变材料,并对最终的材料微观结构产生怎样的影响。”

通过MultiMech软件,工程师们可以改变纤维与陶瓷基体间的界面强度,并评估该参数对裂纹萌生与扩展的影响。有了这些认知,工程师们才能依据微观结构力学对材料进行优化和调整,这是更准确地把握整体部件力学行为及断裂行为的关键一步。

MultiMechanics公司总裁兼首席技术官Flavio Souza表示:“DLR是全球航空航天领域先进技术研究的领导者,能够为DLR先进陶瓷基复合材料部件的设计开发提供技术支持,我们倍感骄傲。过去十年间,我们一直致力于将先进材料的微观结构与整体部件的使用性能、制造过程准确地联系在一起,使用户能够看到多尺度建模的好处和价值。”

Neraj Jain表示:“MultiMech软件与已有的有限元分析软件Abaqus、Ansys相结合,能够提高生产效率,并使我们离优化陶瓷基复合材料的目标更加接近。裂纹模拟和多尺度建模的方法使我们能在未来的诸多项目中更好地把握机遇。”