【专业讲堂】如何模拟和设计复合材料的微观结构
对于工程师而言，对材料（如复合材料）微观结构的建模与分析并不容易，如果工程师必须严格地考虑材料微观结构的所有细节，那么有限元模拟的计算量将远远超出当前的计算能力。
考虑到目前几何图形（如拓扑优化的几何图形和装配体）呈现越来越复杂的趋势，模拟计算量也将会随之大幅增加，如果这些复杂的几何形状还具有复杂的微观结构，则模拟它们的唯一方法是使材料属性均匀化。
Ansys Mechanical Enterprise中提供的Ansys Material Designer可使工程师能够优化微观结构，并使复杂材料和复合材料的材料特性均匀化。本文主要介绍了如何使用该软件对复杂的复合材料微观结构进行模拟分析。
Material Designer能够计算异质材料结构的弹性和热特性，例如复合材料中的结构。为此，需要首先定义基础材料的属性和微观结构的代表体积元素（RVE），RVE被定义为材料的最小体积元素，并使用宏观模型中的典型材料特性的准确统计来表示。
材料设计器捕获非均匀材料体系结构的材料响应，并扩展为均匀的宏观行为
工程师可以使用Material Designer定制尺寸，并影响RVE的尺寸和材料属性，他们甚至可以制作自定义RVE；此外，借助Material Designer，工程师可以基于自定义和预定义的几何类型来分析RVE。Material Designer中可用的一些预定义的微结构包括：
材料设计师预定义了几种RVE几何形状，但工程师也可以制作用户定义的RVE
单向纤维；
机织物；
短切的随机纤维；
长而随机的纤维；
切碎的有序纤维；
长而有序的纤维。
工程师还可以使用晶格定义材料的微观结构，这些晶格可以是用户定义的，也可以基于预定义的形状如菱形、立方、八角形或金字塔形。
一旦Material Designer定义了材料微结构的均质特性，就可以在Ansys Mechanical或Ansys Workbench中使用数据，通过Material Designer计算的材料特性可以在后续模拟中重复使用。这意味着一旦工程师完成了新材料或复合材料的设计，他们便可以将其工作重新用于其他零件设计。
可以将材料设计师分析单元捆绑在一起，并分析不同比例和位置的材料行为
此外，可以在模拟中将不同的Material Designer分析单元捆绑在一起，这有助于工程师捕获材料特性如何根据比例和位置而变化。最后，可以对Material Designer进行完全参数化，通过将参数传递到优化工作流程中，工程师可以优化RVE体系结构和材料特性。