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circuitcam 手册CircuitCAM 是一款功能强大的电路板设计软件，它可以帮助用户快速、准确地设计电路板，提高生产效率和质量。
以下是CircuitCAM 的手册：一、软件介绍CircuitCAM 是一款专业的电路板设计软件，它可以帮助电子工程师和制造商快速、准确地设计电路板。
该软件支持多种文件格式，包括Gerber、Excellon、Pickle、ODB++ 等，可以满足不同用户的需求。
二、软件特点1.支持多种文件格式，可以导入和导出多种文件类型，方便用户进行数据交换和共享。
2.提供了丰富的绘图工具，支持绘制直线、圆、矩形、多边形等基本图形，同时还可以进行图形的编辑和修改。
3.支持电路板的自动布局和手动布局，可以快速将电路板上的元件放置在合适的位置。
4.支持电路板的自动布线和手动布线，可以快速将元件连接起来，并可以根据需要进行调整和修改。
5.支持电路板的DRC 检查，可以检查电路板上的错误和缺陷，提高生产效率和质量。
6.支持电路板的加工文件生成，可以将电路板的设计数据转换为加工厂所需的文件格式。
7.供了丰富的帮助文档和教程，方便用户学习和使用。
三、使用步骤1.打开CircuitCAM 软件，创建一个新的电路板设计项目。
2.使用绘图工具绘制电路板的边框和元件的放置区域。
3.导入元件的Gerber 文件或Excellon 文件，将元件放置在电路板上。
4.使用自动布局或手动布局工具将元件放置在合适的位置。
5.使用自动布线或手动布线工具将元件连接起来。
6.进行DRC 检查，检查电路板的设计是否有错误或缺陷。
7.生成加工文件，将电路板的设计数据转换为加工厂所需的文件格式。
8.保存电路板设计项目，完成电路板的设计。
四、常见问题及解决方案在使用CircuitCAM 软件的过程中，可能会遇到一些问题，以下是一些常见问题的解决方案：1.如何导入元件的Gerber 文件或Excellon 文件？答：在CircuitCAM 软件中，选择“File”菜单下的“Import”选项，然后选择要导入的文件类型和文件路径即可。
第４８卷第１２期２０２０年１２月塑料工业ＣＨＩＮＡＰＬＡＳＴＩＣＳＩＮＤＵＳＴＲＹＣＦ/ＥＰ复合材料的热学和力学性能仿真∗王㊀瑶ꎬ伍㊀斌ꎬ夏㊀茹ꎬ钱家盛ꎬ陈㊀鹏∗∗(安徽大学化学化工学院ꎬ安徽合肥２３０６０１)㊀㊀摘要:为了降低碳纤维/树脂基体复合材料的生产和应用成本ꎬ采用模拟仿真技术研究了短切碳纤维与环氧树脂的复合体系ꎮ通过控制短切碳纤维的取向分布状态ꎬ碳纤维在环氧树脂基体中的平铺结构和交错结构两种状态进行仿真ꎬ研究了复合材料的力学和热学性能ꎮ研究发现ꎬ具有碳纤维平铺结构的复合材料呈现各向异性的特点ꎬ具有交错结构的复合材料在面内具有各向同性的特点ꎮ关键词:环氧树脂ꎻ碳纤维ꎻ有限元ꎻ复合材料中图分类号:ＴＱ３２３ ５㊀㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:１００５－５７７０(２０２０)１２－０１５５－０５ｄｏｉ:１０ ３９６９/ｊ ｉｓｓｎ １００５－５７７０ ２０２０ １２ ０３２开放科学(资源服务)标识码(ＯＳＩＤ):ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｎＴｈｅｒｍａｌａｎｄＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＣａｒｂｏｎＦｉｂｅｒ/ＥｐｏｘｙＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＷＡＮＧＹａｏꎬＷＵＢｉｎꎬＸＩＡＲｕꎬＱＩＡＮＪｉａ￣ｓｈｅｎｇꎬＣＨＥＮＰｅｎｇ(ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＡｎｈｕｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＨｅｆｅｉ２３０６０１ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｃｏｓｔｏｆｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒ/ｅｐｏｘｙｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓꎬｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｙｓｔｅｍｏｆｓｈｏｒｔｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒ(ＣＦ)ａｎｄｅｐｏｘｙｒｅｓｉｎｗａｓｓｔｕｄｉｅｄｂｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ.ＴｈｅｓｈｏｒｔｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｓｗｅｒｅａｒｒａｎｇｅｄｉｎｔｏｔｗｏｓｔａｔｅｓｉｎＥＰｍａｔｒｉｘꎬｗｈｉｃｈｗｅｒｅａｌｉｇｎｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｃｒｏｓｓｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅ.Ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄｔｈｅｒｍａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｉｎｄｅｔａｉｌｓ.ＩｔｉｓｃｌｅａｒｌｙｏｂｓｅｒｖｅｄｔｈａｔｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｉｔｈａｌｉｇｎｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＣＦｅｘｈｉｂｉｔａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓꎬａｎｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｉｔｈｃｒｏｓｓｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＣＦｓｈｏｗｓｉｓｏｔｒｏｐｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｉｎｔｈｅｉｎ￣ｐｌａｎｅ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ＥｐｏｘｙＲｅｓｉｎꎻＣａｒｂｏｎＦｉｂｅｒꎻＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔꎻＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓ聚合物基碳纤维复合材料的常规加工工艺是:利用碳纤维良好的韧性和可纺性ꎬ加工成碳纤维布ꎬ之后与聚合物基体复合ꎬ模塑成型后加热固化ꎮ这种工艺方法依赖人工对复合材料的操作与处理ꎬ效率低ꎬ加工成本昂贵ꎬ且制品的质量稳定性受操作过程的影响[１－２]ꎮ此外ꎬ编织成二维布的碳纤维之间结合力较低ꎬ在受力或其他环境作用下ꎬ容易产生破坏应力集中点ꎬ造成部件的失效ꎮ降低聚合物基碳纤维复合材料的加工成本㊁提高材料的稳定性ꎬ是开发聚合物基碳纤维复合材料的重要方向[３]ꎮ研究者探索了多种碳纤维和聚合物的复合工艺ꎬ例如ꎬ利用短碳纤维与碳纤维布复合[４－５]ꎻ碳纤维丝层压等[６－７]ꎮ与碳纤维布的编织和浸渍工艺相比ꎬ碳纤维丝的层压技术工艺简单ꎬ可以采用机器连续操作ꎬ具有重要的发展前景ꎮ目前ꎬ国内外学者对碳纤维(ＣＦ)/环氧树脂复合材料的热力学性能进行了深入的研究ꎮＰａｐａｔｈａｎａｓｉｏｕ等[８]测试了纤维体积分数㊁长度㊁长宽比和取向等参数对/ＥＰ等效拉伸模量的影响ꎮ使用的ＣＦ的直径和长度分别是８μｍ和０ １５~３ｍｍꎬ纤维长宽比在２５~１２０之间ꎬ纤维体积分数为０ ４％~１７％ꎮ结果表明ꎬ杨氏模量随纤维体积分数的增大而增大ꎬ随纤维长度和长宽比的增大而减小ꎮ当纤维体积分数和长宽比一定时ꎬ随机纤维复合材料的杨氏模量小于准直纤维复合材料ꎮ准直纤维复合材料沿纤维方向的刚度约为随机纤维复合材料的１ ９１倍ꎮＳｈｉ￣ｍａｍｏｔｏ等[９]研究了纤维取向对ＳＣＦ/ＥＰ复合材料抗弯强度和模量的影响ꎬ复合材料中纤维体积分数为２０％ꎬＣＦ的平均长度为３ｍｍꎮ在研究过程中ꎬ０ʎ~１０ʎ的角范围内ꎬ纤维取向率为７１％ꎮ结果表明ꎬ复合材料具有一定的塑性性能ꎬ且ＳＣＦ/ＥＰ复合材料的弯曲模量为１６ＧＰａꎬ弯曲强度为２１１ＭＰａꎬ均为随机５５１ ∗国家重点研发计划项目(２０１７ＹＦＢ０４０６２０４)∗∗通信作者:陈鹏ꎬ教授ꎬ博士生导师ꎬ研究方向为高分子理论计算与模拟以及高分子化学反应动力学ꎮｃｈｐｅｃｐ＠１２６ ｃｏｍ作者简介:王瑶ꎬ女ꎬ１９９５年生ꎬ在读硕士研究生ꎬ研究方向为计算机模拟复合材料的导热性能ꎮｗａｎｇｙａｏ＿６８９＠１６３ ｃｏｍ塑㊀料㊀工㊀业２０２０年㊀㊀取向复合材料的２倍左右ꎮＡｈｍａｄｉ等[１０]用有限元方法研究了碳纤维界面特征㊁碳纤维体积分数㊁取向㊁各种排列方式等对增强多相复合材料热导率的影响ꎬ建立了由碳纤维㊁基体以及界面组成的三相代表性体积元的连续体模型ꎮ结果表明ꎬ界面热导率和界面厚度对横向热导率的影响最大ꎬ且有一定的临界界面热导率ꎻ同时碳纤维倾角增加ꎬ多相复合材料的纵向热导率减小ꎬ横向热导率增大ꎮＤｅｎｇ等[１１]提出了碳纤维复合材料导热性增强的解析模型ꎬ该模型考虑了碳纤维的体积分数㊁导热性各向异性㊁纵横比㊁非直线性和界面热阻的影响ꎬ预测结果与实验数据吻合良好ꎮ本项研究采用有限元模拟方法ꎬ分析短切碳纤维(连续碳纤维丝切断成短纤维状)与聚合物基体的复合状态对材料力学和导热等性能的影响规律ꎬ从理论上预测碳纤维聚合物复合材料物理力学性能的主要影响因素ꎬ探讨了利用短切碳纤维与聚合物基体直接复合制备高性能复合材料的可能性ꎮ我们的模拟研究可以帮助实验研究和设计新型聚合物基碳纤维复合材料ꎮ１㊀模型与方法目前ꎬ有许多应用有限元方法分析和计算材料体系的物理性能的仿真软件ꎮ其中Ｅｘｓｔｒｅａｍ公司推出的Ｄｉｇｉｍａｔ软件适用于对复合材料进行分析计算ꎬ可以预测纤维㊁纤维编织物等填料在各种高分子和陶瓷等基体中的分布状态和物理性能ꎮ本文采用该软件分析短切碳纤维在环氧树脂基体中的分布状态和力学等物理性能之间的关系ꎮａ－ＣＦ/ＥＰ平铺结构ｂ－ＣＦ/ＥＰ交错结构方形内的条纹代表碳纤维在环氧树脂中的分布状态ꎮ图１㊀ＣＦ/ＥＰ复合材料仿真模型的结构设计Ｆｉｇ１㊀ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅｓｉｇｎｏｆＣＦ/ＥＰｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ为了替代碳纤维编织布增强环氧树脂基体ꎬ基于实验中的层压法ꎬ本文设计了两种易于制备的ＣＦ/环氧树脂(ＥＰ)复合材料ꎮ一种是将四层短切碳纤维平铺在环氧树脂基体中ꎬ每一层中ꎬ短切碳纤维沿同一方向取向ꎬ且短切碳纤维之间互不交叉接触ꎬ形成如图１ａ所示的平铺ＣＦ/ＥＰ复合材料ꎬ简称平铺结构复合材料ꎻ另一种是将四层短切碳纤维以图１ｂ所示的角度交错排列在环氧树脂基体中ꎬ简称交错结构复合材料ꎮ建模过程中ꎬ首先生成代表ＣＦ在ＥＰ中取向分布的单层结构ꎬ之后根据两种模型ꎬ将四个单层结构以相同或者不同的角度组合起来ꎮ该模型中ꎬ设定ＣＦ和ＥＰ㊁层和层之间的界面被视为相互连接的独立表面ꎬ进而不考虑它们之间的热阻ꎮ图２所示是Ｄｉｇｉｍａｔ所建立的计算模型ꎮａ－平铺结构ｂ－交错结构图２㊀ＣＦ/ＥＰ复合材料的仿真模型Ｆｉｇ２㊀ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆＣＦ/ＥＰｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌ模拟体系选择周期性边界条件ꎬ短切碳纤维的直径设为７μｍꎬ长度根据长径比不同而变化ꎮ在ＣＦ/ＥＰ复合材料中ꎬＣＦ质量分数为２０％ꎮ仿真ＣＦ/ＥＰ复合材料性能的其他参数如表１所示:表１㊀仿真过程中选用的材料参数Ｔａｂ１㊀Ｍａｔｅｒｉａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｓｅｌｅｃｔｅｄｉｎｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ参数碳纤维环氧树脂密度/(ｋｇ/ｍ３)１８００１４００比热容/[Ｊ/(ｋｇ Ｋ)]７５０１０００横向导热系数/[Ｗ/(ｍ Ｋ)]３５ ０１８１ ４５面内导热系数/[Ｗ/(ｍ Ｋ)]０ １７８横向杨氏模量/ＧＰａ２３０３ ４５面内杨氏模量/ＧＰａ４０３ ４５面内泊松比０ ３０ ３５横向泊松比０ ２５０ ３５横向剪切模量/ＧＰａ１５ ４横向热膨胀系数/Ｋ－１－５ ５ˑ１０－７２ ４４ˑ１０－５面内热膨胀系数/Ｋ－１１ˑ１０－５２㊀结果与讨论２ １㊀力学性能研究首先研究两种模型的力学性能ꎮ设定体系温度为２５ħꎬ对复合材料施加拉伸和剪切两种不同的应力后ꎬ探究复合材料的杨氏模量(Ｅ)㊁剪切模量和泊松比的变化情况ꎮＥ和应力(σ)与应变(ε)有关:σ＝Ｅεꎮ若是考虑到σ＝Ｆ/Ａꎬε＝ΔＬ/Ｌꎬ可得:Ｆ/Ａ＝Ｅ(ΔＬ/Ｌ)(１)６５１第４８卷第１２期王㊀瑶ꎬ等:ＣＦ/ＥＰ复合材料的热学和力学性能仿真式中ꎬＦ－作用力ꎬＮꎻＡ－受力面积ꎬｍ２ꎻΔＬ－长度的微小变化量ꎻＬ－长度ꎬｍꎮ剪切模量的定义为剪切应力和剪切应变的比率ꎬ公式为:Ｇ＝τｘｙ/γｘｙ＝Ｆ/ＡΔＸ/Ｌ＝ＦＬ/ＡΔＸ(２)式中ꎬＧ－剪切模量ꎬＧＰａꎻτｘｙ－剪切应力ꎬＧＰａꎻγｘｙ－剪切应变ꎻＡ－作用力的表面积ꎬｍ２ꎻΔＸ－横向位移ꎬｍꎻＬ－初始长度ꎬｍꎮ泊松比是指材料在单向受拉或受压时ꎬ横向正应变与轴向正应变的绝对值的比值ꎬ它是反映材料横向变形的弹性常数ꎮ若定义为在弹性范围内加载ꎬ则定义泊松比的计算公式为:εｘ＝－νεｙ(３)式中ꎬεｘ－横向应变ꎻεｙ－纵向应变ꎻν－泊松比ꎮａ－平行于ＣＦ取向方向的拉伸应力ｂ－平行于ＣＦ取向方向的剪切应力ｃ－垂直于ＣＦ取向方向的剪切应力图３㊀ＣＦ/ＥＰ复合材料力学性能测试示意图Ｆｉｇ３㊀ＳｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆＣＦ/ＥＰｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｔｅｓｔｉｎｇ在测试体系的杨氏模量时ꎬ沿着短切碳纤维在环氧树脂基体中的取向方向(ｘ方向)拉伸复合材料(图３ａ)ꎮ在测试体系的剪切模量时ꎬ设定平行和垂直ＣＦ取向方向的两种剪切力ꎬ得到横向剪切模量Ｇｘｚ(剪切力平行于碳纤维取向方向)和面内剪切模量Ｇｙｚ(剪切力垂直于碳纤维取向方向)两种剪切模量ꎬ如图３ｂ㊁ｃꎮ在计算体系的泊松比时ꎬ同样测试了垂直(面内泊松比νｙｚ)和平行(横向泊松比νｘｚ)方向的泊松比系数ꎮ研究中分别考察了短切碳纤维的长径比对两种模型力学性能的影响ꎬ结果如图４和图５所示ꎮ从图４和图５可知ꎬ短切碳纤维的长径比对复合材料的力学性能影响不大ꎬ这是因为受模拟体系尺寸的影响ꎬ短切碳纤维的长度变化区间狭窄ꎮ然而ꎬ短切碳纤维的分布状态对ＣＦ/ＥＰ复合材料的力学性能有重要的影响ꎮ由于平铺结构中ꎬＣＦ在ＥＰ基体中的分布呈现各向异性特征ꎬ图４中ꎬ复合材料的力学性能表现出明显的各向异性的特征ꎮ例如ꎬ沿着ｘ方向(拉伸方向)的杨氏模量(Ｅｘ)ꎬ远高于沿着ｙ和ｚ方向的杨氏模量(Ｅｙ㊁Ｅｚ)ꎮ面内和横向两种剪切模量由较大的差异面内和横向的泊松比也如此ꎮ在交错结构中ꎬ平面方向的碳纤维在ｘ和ｙ方向均匀排列ꎮ如图５ａ所示ꎬ复合材料在ｘ和ｙ方向的杨氏模量略有偏差ꎬ但都明显高于ｚ方向的杨氏模量ꎮ复合材料的面内剪切模量(Ｇｘｚ)和横向剪切模量(Ｇｙｚ)相差不大ꎬ面内泊松比(ｖｘｚ)和横向泊松比(ｖｙｚ)也相差不大ꎮａｂ图４㊀ＣＦ/ＥＰ平铺结构ꎬ碳纤维长径比对力学性能的影响Ｆｉｇ４㊀ＣＦ/ＥＰｔｉｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅꎬｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｌｅｎｇｔｈ￣ｄｉａｍｅｔｅｒｒａｔｉｏｏｎｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ对比图４和图５可以发现ꎬ碳纤维的分布状态对复合材料的力学性能有重要的影响ꎮ短切碳纤维沿着一个方向分布的平铺结构ꎬ有利于提高ＣＦ/ＥＰ复合材料的各向异性特征ꎬ在碳纤维取向分布方向ꎬ材料的杨氏模量㊁剪切模量和泊松比远高于其他方向的数７５１塑㊀料㊀工㊀业２０２０年㊀㊀值ꎮ交错分布的短切碳纤维ꎬ有利于提高ＣＦ/ＥＰ复合材料的整体物性ꎮ在实际应用中ꎬ人们可以根据材料的应用需求设计和优化短切碳纤维的分布状态达到对材料力学性能的精确调控ꎮａｂ图５㊀ＣＦ/ＥＰ交错结构ꎬ碳纤维长径比对力学性能的影响Ｆｉｇ５㊀ＣＦ/ＥＰｓｔａｇｇｅｒｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅꎬｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｌｅｎｇｔｈ￣ｄｉａｍｅｔｅｒｒａｔｉｏｏｎｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ２ ２㊀热学性能研究如图６所示ꎬ为了研究ＣＦ/ＥＰ复合材料的热学性质ꎬ在模型的两端设置温度梯度场(ΔＴ＝３００Ｋ)ꎬ计算复合材料的导热系数和热膨胀系数ꎮ图６㊀ＣＦ/ＥＰ复合材料热学模型的温度分布图Ｆｉｇ６㊀ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｄｉａｇｒａｍｏｆＣＦ/ＥＰｃｏｍｐｏｓｉｔｅｔｈｅｒｍａｌｍｏｄｅｌ在瞬态温度场Ｔ(ｘꎬｙꎬｚꎬｔ)下ꎬ体系导热系数的计算有限元微分方程如下:∂∂ｘｋｘ∂Ｔ∂ｘ()＋∂∂ｙｋｙ∂Ｔ∂ｙ()＋∂∂ｘｋｙ∂Ｔ∂ｚ()＋ρＱ＝ρｃＴ∂Ｔ∂ｔ(４)式中ꎬＴ－温度ꎻρ－材料密度ꎬｋｇ/ｍ３ꎻｃＴ－瞬态温度场下的材料比热ꎬＪ/(ｋｇ Ｋ)ꎻｋｘ㊁ｋｙ㊁ｋｚ－分别代表沿ｘ㊁ｙ㊁ｚ方向的导热系数ꎻＱ－物体内部的热源强度ꎻｔ－时间ꎮ在实际计算中ꎬ为了研究热传导的各向异性ꎬ分别在ｘ㊁ｙ和ｚ三个方向施加温度梯度场ꎬ分别计算三个方向上的导热系数ꎮ混合短纤维复合材料线膨胀系数计算式如下[１２]:αｃ＝１２ＥｍＶｍαｍ＋ＥｆＶｆαｆＥｍＶｍＥｆＶｆ(１－νｃ)＋１２(１＋νｍ)αｍＶｍ＋１２(１＋νｆ)αｆＶｆ(５)式中ꎬαｃ－热膨胀系数ꎬＫ－１ꎻＥ－弹性模量ꎬＧＰａꎻＶ－体积分数ꎻν－泊松比ꎻ下标ｆ㊁ｍ㊁ｃ－分别代表纤维㊁基体和复合材料ꎮ图７㊀碳纤维长径比对ＣＦ/ＥＰ复合材料热传导性能的影响Ｆｉｇ７㊀Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｌｅｎｇｔｈ￣ｄｉａｍｅｔｅｒｒａｔｉｏｏｎｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆＣＦ/ＥＰｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ图８㊀ＣＦ长径比对ＣＦ/ＥＰ复合材料热膨胀系数的影响Ｆｉｇ８㊀Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｌｅｎｇｔｈ￣ｄｉａｍｅｔｅｒｒａｔｉｏｓｏｎｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆＣＦ/ＥＰｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ如图７所示ꎬ对比平铺结构和交错结构的复合材料导热系数可以发现ꎬ平铺结构的复合材料在沿着碳纤维的取向方向具有较高的导热系数[约６Ｗ/(ｍ Ｋ)]ꎮ交错结构复合材料的导热性能在平面方向均有相对较高的导热系数[约２ ５Ｗ/(ｍ Ｋ)]ꎬ在垂直碳纤维方向的导热系数较低[约０ ２Ｗ/(ｍ Ｋ)]ꎮ对比平铺结构和交错结构中ＣＦ/ＥＰ复合材料的热传导性能变化情况可知ꎬ与力学性能类似ꎬ平铺结构的８５１第４８卷第１２期王㊀瑶ꎬ等:ＣＦ/ＥＰ复合材料的热学和力学性能仿真热学性能显示出明显的各向异性特征ꎮ这一点在研究ＣＦ/ＥＰ复合材料的热膨胀系数时也得到了很好的体现ꎮ由于碳纤维的平铺结构ꎬ图８中复合材料的热膨胀系数在ｘ方向(碳纤维取向方向)要远远小于ｙ和ｚ方向ꎻ而由于碳纤维在ｘ－ｙ平面内交错排列ꎬ复合材料在ｘ和ｙ方向的热膨胀系数接近ꎮ同样ꎬ由于仿真体系的尺寸太小ꎬ碳纤维长度对复合材料热学性能的影响没有表现出来ꎮ３㊀总结通过上述分析可知ꎬ碳纤维的分布状态对ＣＦ/ＥＰ复合材料的力学和热学性能有重要的影响ꎮ在平铺结构中ꎬ材料的力学和热学性能均表现出明显的各向异性ꎮ在交错结构中ꎬ材料在平面方向表现出各向同性ꎮ沿着碳纤维的取向方向ꎬ复合材料具有较高的杨氏模量和导热系数以及较低的热膨胀系数ꎮ垂直于碳纤维取向方向ꎬ复合材料的具有较高的剪切模量和较低的泊松比ꎮ我们可以通过控制碳纤维的分布状态来优化碳纤维复合材料的力学和热学特性或制备得到满足特殊需求的各向异性材料ꎮ参㊀考㊀文㊀献[１]尹红灵.热塑性碳纤维编织复合材料热压成型研究[Ｄ].上海:上海交通大学ꎬ２０１６.ＹＩＮＨＬ.Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｈｏｔｐｒｅｓｓｆｏｒｍｉｎｇｏｆｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｂｒａｉｄｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ[Ｄ].Ｓｈａｎｇｈａｉ:ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ２０１６.[２]王贵彬.碳纤维复合材料制品模压成型及有限元分析[Ｄ].徐州:中国矿业大学ꎬ２０１４.ＷＡＮＧＧＢ.Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｍｏｌｄｉｎｇａｎｄｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌ￣ｙｓｉｓｏｆｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｒｏｄｕｃｔｓ[Ｄ].Ｘｕｚｈｏｕ:ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｉｎｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１４. [３]刘树良ꎬ陈涛ꎬ魏宇祥ꎬ等.碳纤维增强复合材料加工技术研究进展[Ｊ].航空制造技术ꎬ２０１５ꎬ４８３(１４):８１－８６.ＬＩＵＳＬꎬＣＨＥＮＴꎬＷＥＩＹＸꎬｅｔａｌ.Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ[Ｊ].ＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１５ꎬ４８３(１４):８１－８６.[４]刘晓军ꎬ单忠德ꎬ战丽ꎬ等.短纤维层间增强碳纤维复合材料层板的力学研究[Ｊ].工程塑料应用ꎬ２０２０ꎬ４８(１):１８－２３.ＬＩＵＸＪꎬＳＨＡＮＺＤꎬＺＨＡＮＬꎬｅｔａｌ.Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃｓｏｆｓｈｏｒｔｆｉｂｅｒｉｎｔｅｒｌａｙｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｌａｍｉｎａｔｅｓ[Ｊ].ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰｌａｓｔｉｃｓＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓꎬ２０２０ꎬ４８(１):１８－２３.[５]北京化工大学.短切碳纤维层间增强纤维复合材料的制备方法:１０４９４５８５４Ａ[Ｐ].２０１５－０９－３０.ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ.Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｃｈｏｐｐｅｄｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｉｎｔｅｒｌａｙｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｆｉｂｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅ:ＣＮ１０４９４５８５４Ａ[Ｐ].２０１５－０９－３０. [６]ＺＨＯＵＪＭꎬＭＥＮＧＨＭꎬＬＩＤＬꎬｅｔａｌ.Ｍｕｌｔｉ￣ｓｃａｌｅｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｍａｇｎｅｓｉｕｍｌａｍｉｎａｔｅｓ(Ｃｆ/ＡＺ９１Ｄ)ｆｏｒＹｏｕｎｇ ｓｍｏｄｕｌｕｓｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ[Ｊ].ＲａｒｅＭｅｔａｌＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１９ꎬ４８(７):２０６８－２０７３.[７]ＯＳＴＡＰＩＵＫＭꎬＢＩＥＮＩＡＳ'ＪꎬＳＵＲＯＷＳＫＡＢꎬｅｔａｌ.Ａｎａｌ￣ｙｓｉｓｏｆｔｈｅｂｅｎｄｉｎｇａｎｄｆａｉｌｕｒｅｏｆｆｉｂｅｒｍｅｔａｌｌａｍｉｎａｔｅｓｂａｓｅｄｏｎｇｌａｓｓａｎｄｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｓ[Ｊ].ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｏｆＣｏｍｐｏｓｉｔｅＭａｔｅｒｉａｌｓꎬ２０１８ꎬ２５(６):１０９５－１１０６. [８]ＰＡＰＡＴＨＡＮＡＳＩＯＵＴＤꎬＩＮＧＢＥＲＭＳꎬＧＵＥＬＬＤＣ.Ｓｔｉｆｆｎｅｓｓｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｉｎａｌｉｇｎｅｄꎬｓｈｏｒｔ￣ｆｉｂｒｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ:Ａｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ[Ｊ].Ｃｏｍ￣ｐｏｓｉｔｅｓＳｃｉｅｎｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ１９９５ꎬ５４(１):１－９. [９]ＳＨＩＭＡＭＯＴＯＤꎬＴＯＭＩＮＡＧＡＹꎬＩＭＡＩＹꎬｅｔａｌ.Ｆｉｂｅｒｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎａｎｄｆｌｅｘｕｒａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｓｈｏｒｔｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒ/ｅｐｏｘｙｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＣｅｒａｍｉｃＳｏｃｉｅｔｙｏｆＪａｐａｎꎬ２０１６ꎬ１２４(１):１２５－８.[１０]ＡＨＭＡＤＩＭꎬＡＮＳＡＲＩＲꎬＨＡＳＳＡＮＺＡＤＥＨ￣ＡＧＨＤＡＭＭＫ.Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｉｅｓｏｆｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｍｕｌｔｉｐｈａｓｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ[Ｊ].ＣｏｍｐｏｓｉｔｅＩｎ￣ｔｅｒｆａｃｅｓꎬ２０１９:１－２１.[１１]ＤＥＮＧＦꎬＺＨＥＮＧＱＳꎬＷＡＮＧＬＦꎬｅｔａｌ.Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆａｎｉｓｏｔｒｏｐｙꎬａｓｐｅｃｔｒａｔｉｏꎬａｎｄｎｏｎｓｔｒａｉｇｈｔｎｅｓｓｏｆｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓｏｎｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｃｏｍ￣ｐｏｓｉｔｅｓ[Ｊ].ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓꎬ２００７ꎬ９０(２):７８７.[１２]王玉庆ꎬ张名大ꎬ周本濂ꎬ等.复合材料热膨胀的一个理论模型[Ｊ].材料研究学报ꎬ１９８９ꎬ３(５):４４２－４４６.ＷＡＮＧＹＱꎬＺＨＡＮＧＭＤꎬＺＨＯＵＢＬꎬｅｔａｌ.Ａｔｈｅｏ￣ｒｅｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎ[Ｊ].ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＲｅｓｅａｒｃｈꎬ１９８９ꎬ３(５):４４２－４４６.(本文于２０２０－０９－１８收到)㊀«塑料工业»杂志投稿邮箱:ｓｌｇｙ＠ｂｌｕｅｓｔａｒ ｃｈｅｍｃｈｉｎａ ｃｏｍ欢迎访问«塑料工业»杂志网站:ｗｗｗ ｉｐｌａｓｔ ｃｎ９５１。
Digimat 新功能培训Day, Month, YearAgenda 11.SFRP新功能2.CFRP新功能3.高级失效建模4.线性求解方案增强5.新增加材料数据，材料模型与工艺6.各类软件接口更新7.增材制造更新Digimat 技术目前可用于各类先进材料结构分析SFRP /injectionmoldingFiberorientationWeldlinesResidualstressesLFRP /injectionmoldingFiberorientationFiber volumefractionFiber lengthWeldlinesSFRP /MicroCellularFiberorientationPorosityvolumefractionSMC /CompressionmoldingFiberorientationFiber volumefractionWeldlinesFiberwavinessDFC /CompressionmoldingChiporientationChip volumefractionChipwavinessCFRP /Draping,RTM, AFPFiberorientationPorosityUnfilled&reinforcedpolymer/ AMToolpathResidualstressesSFRP新功能Digimat-RP 2018.0 用户界面更新•高效支持多个制造工艺过程和数据•升级到最新的解决方案界面模型来源: CCSA/GMU and the FHWARP中考虑熔接线强度orientation effect)•Easy and efficient workflow to model local strength degration in weld line area (on top of fiberFI weldline=αFI SFRP Array Full support of weld line & weld surfacedata in RP & MAP Weldline strength material model in CAE(can be identified from testing)Courtesy of SabicRP中考虑熔接线强度–案例•管道承受内部压力•由于局部强度降低，很早就在熔接线位置发生失效熔接线位置的灾难性失效填充映射纤维映射熔接线失效初始(比忽略熔接线效应提前33％) Courtesy of Sabic。
简介本文将教导使用者如何利用Digimat来建立纤维强化塑料的材料模型。
下列将介绍DIGIMAT多尺度材料模型的概念，并说明如何操作Digimat这套软件。
1. 摘要(Overview)本文的目的是利用Digimat与结构分析软件，进行一产品受外力下的应力与变形的分析。
此产品是弹塑性的玻璃纤维复合材料。
因此，我们把重点放在Digimat的新模块-Digimat-RP。
我们会藉由Digimat-RP来说明从Digimat到结构分析软件的整个分析流程。
本文中所示范的流程，包括如何在Digimat中建立材料性质，如何从Digimat的材料数据库-Digimat-MX中选取所需要的材料性质，以及如何将模流分析中所得到的纤维排向，映像到结构分析模型。
在Digimat中，材料性质可从Digimat-MF，材料供货商，Digimat-MX中建立取得。
在本文中，我们将从Digimat-MX中获得材料性质。
Digimat-RP的分析，可以由3个简单的步骤来达成：(1)设定结构分析模型。
(2)从Digimat中，建立结构分析所需的材料性质。
(3)由Moldex3D取得射出成型制程的纤维排向。
必要的资料使用Digimat-RP之前，必须要有下列的数据：•模流分析的网格信息与纤维排向的张量分布•此案例的有限元素模型，且已经设定静力或动力分析方法，等向性材料性质，以及边界条件。
你可以在“3_RP”文件夹中，找到这个案例的必要的资料与分析结果。
必备的档案•结构分析模型。
在Digimat工作目录底下的“1_FEModel”：EngineBlock_Marc.dat (Marc format)•模流分析网格。
在Digimat工作目录底下的“3_Manufacturing”：EngineCover_InjectionMesh.pat (PATRAN format)•Moldex3D的纤维排向的张量。
在Digimat工作目录底下的“3_Manufacturing”：EngineCover_InjectionOrientationTensors.o2d (Moldex3D format)什么是Digimat-RPDigimat-RP是一个非常强大的整合软件，能够消除不同物理场问题，在模拟分析过程中的阻碍。
Abaqus培训1.Abaqus概述：Abaqus是一套功能强大的工程模拟的有限元软件，其解决的问题的范围从相对简单的线形分析到许多复杂的非线形问题。
2.CAE基础介绍：CAE指用计算机求解分析复杂工程和产品的结构力学性能，以及优化结构性能等。
CAE软件可作静态结构分析，动态结构分析，研究线形、非线形问题，分析结构（固体）、流体、电磁等。
3.Abaqus界面介绍：①几何建模Part②划分网格Mesh③特性设置Property④建立装配体Assembly⑤定义分析步Step⑥相互作用Interaction⑦载荷边界Load⑧提交运算Job⑨后处理Visualization4.Abaqus基本操作：旋转模型: Ctrl+Alt+鼠标左键平移模型: Ctrl+Alt+鼠标中键缩放模型: Ctrl+Alt+鼠标右键4.静力学分析练习：①导入几何模型bsd_asm.stp②进入部件平台，将原复杂模型切割成若干个简单Cell。
③进行网格划分④定义材料属性，定义截面属性，分配截面属性。
⑤导入装配体模块，利用旋转、平移、约束命令调整装配位置。
⑥建立分析步⑦进入Interaction模块，建立Tie约束。
⑧进入Load模块，选择固定端，建立边界条件（固定）。
施加重力载荷。
⑨进入Job管理器，提交运算，打开监控截面进行实时监控。
⑩运算完成后，输出应力云图和位移云图。
得到结果数据。
5.静力分析例子1-方形板按压测试加载；①建立Part-1部件，绘制300x200平板模型（可变形、壳、平面）②建立Part-2部件，绘制草图、利用旋转命令绘制直径30mm 的离散刚性探头。
创建参考点。
③定义材料属性，创建截面属性，分配截面属性。
④导入装配体，调整探头与平板的位置。
⑤建立分析步⑥相互作用模块中，建立接触约束，法向行为和切向行为均采取默认值。
选择刚性体作为主面，平板作为从面。
⑦载荷模块中，选择两侧边创建边界条件，完全固定，限制六个方向自由度。
复合材料参数原来有这么多秘密1 仿真需要的参数网上流传着一份下载量很高的材料性能参数表格，里面金属铍的泊松比是0.7。
各向同性材料泊松比不能大于0.5（泊松比0.5代表材料不可压缩），0.7肯定是一个错误的数据。
不加辨别地直接拿来使用很可能就会犯一个低级错误。
金属材料如此，复合材料亦如此。
要辨别复合材料参数首先要了解复合材料有哪些参数，以及在复合材料结构仿真中要使用哪些参数，有什么物理意义？以铺层复合材料为例，我们来看一下从材料到结构的成型过程。
理论上来说，铺层复合材料涉及到的参数包括基体材料参数、增强材料参数和单层材料参数。
而这个单层材料参数是通过层合板样件的宏观刚度和强度计算得出。
所以我们接触到的参数还应包括层合板样件的宏观刚度和强度。
在众多种类的复合材料参数中，结构仿真需要的是单层材料的参数。
仿真工程师除了要明确仿真中使用的是哪类参数，还要对拿到的参数做基本辨别。
在没有要求的情况下，测试工程师会直接将层合板宏观刚度和强度参数交给仿真工程师。
如果仿真工程师不去辨别，就直接把层合板样件的宏观刚度和强度当成单层材料参数来使用，结果不难预见。
想要进一步了解怎样通过样件宏观刚度和强度计算出单层材料参数，可参考沈观林老师编著的《复合材料力学》第四章的内容。
2 参数有哪些规律一般情况下单层材料包括单向带和织物两种类型。
我们以最常用的单向带材料为例，解释主要参数的物理意义并预测其大致取值。
首先我们仔细对照下表中各组分材料的力学性能参数，从数字角度我们不难找出参数的规律。
基体材料（各向同性）参数增强材料（横观各向同性）参数单层材料（正交各向异性）参数弹性模量4667.7 轴向弹性模量217800.0 1方向弹性模量131620.0 泊松比0.35 面内剪切模量15236.0 2方向弹性模量9239.0横向剪切模量15818.0 主泊松比0.30面内泊松比0.22 面内剪切模量G124826.3横向泊松比0.27 层间剪切模量G234213.6层间剪切模量G314826.3 拉伸强度56.1 拉伸强度3413.1 1方向拉伸强度2063.0 压缩强度231.7 压缩强度2366.2 1方向压缩强度1484.42方向拉伸强度63.92方向压缩强度267.9面内剪切强度S12291.4层间剪切强度S23267.0层间剪切强度S31291.4从参数表中可以看出如下规律：1）增强材料弹性模量和拉伸强度远大于基体材料；2）单层材料弹性模量和拉伸强度明显低于增强材料；3）单层材料1方向弹性模量和拉伸强度远大于2方向；4）G12与G31相等，S12与S31相等。
