询问仿真工程师：什么是复合材料？

复合材料与你我有何关系？

复合材料是由两种或多种材料制成的。一种是将所有东西粘合在一起的粘合剂材料。其他的是更强的材料，可以起到增强作用，例如编织纤维。与传统的均质材料（例如金属）相比，复合材料具有许多优点：它们具有更高的强度重量比，这在飞机设计中节省燃料成本是理想的，它们具有更好的耐腐蚀性和耐用性。工程师也更容易定制和优化它们。

复合材料广泛应用于航空航天、汽车、建筑、体育、风能等行业。按重量计算，波音 787 和空客 350 等商用飞机的复合材料比例超过 50%。复合材料在一级方程式赛车和美洲杯等热门运动中也发挥着重要作用。

模拟如何发挥作用？

模拟使我们能够通过较少的物理测试来了解复合材料的行为。我们可以创建具有详细微观结构的复合材料的有限元模型。通过使用这些有限元模型进行模拟，我们可以预测局部成分失效、分层和其他在物理测试中无法轻松测量的小规模行为。

在更大的范围内，我们可以使用仿真与高效的多尺度建模相结合来研究制造过程如何影响最终产品的质量。例如，对于注塑热塑性零件，我们可以模拟注射过程中纤维的流动。预测的纤维取向可以合并到材料模型中，并且可以通过结构模拟检测零件在使用负载下的最薄弱位置。仿真还可用于计算固化过程中的残余应变和应力，并预测由此产生的翘曲。

对于飞机机翼等大型结构中使用的复合材料层压板，我们还可以使用仿真来设计层板顺序和方向。可以通过模拟不同的载荷条件来评估设计，最终的优化设计可以直接用于制造。

这将如何继续影响我们的未来？

随着复合材料的发展在世界材料市场中占据重要地位，对软件公司提供准确且易于使用的模拟工具的需求不断增长。我们对这个机会感到非常兴奋，并期待未来的挑战。