开发一个软件框架来设计和优化材料

如果你可以通过调整叶片不同位置的材料特性来改进风扇叶片的设计，延长其维护间隔，会怎么样?或者使研究人员能够测试材料的虚拟原型来预测其性能，从而节省时间和资源?

集成计算模型和实验来设计和优化材料的想法并不新鲜，但受到数据管理、软件互操作性和工作流自动化等领域可用技术成熟度的限制[NASA Vision 2040:材料和系统集成建模路线图]。这种方法被定义为ICME，即综合计算材料工程，它结合了材料科学、化学、物理、工程和软件的技术来创建集成的、可执行的材料建模工作流，以理解不同长度和时间尺度下的机制和行为。

哪里Ansys仿真满足ICME

作为工程仿真领域的领导者，Ansys在开发软件工具以实现ICME方面发挥着关键作用。它使工程师能够对材料的结构进行建模，从而预测其性能——例如，不同操作条件下的热机械性能。这对于更准确地模拟合金或复合材料等复杂材料的行为非常有用。

以下是Ansys中这些功能的几个例子:

• 具有复杂微观结构特征的材料、复合材料、超材料等的材料设计。
• 多尺度工作流自动化和编排。
• 物料和工艺信息的管理。
• 自动化优化，灵敏度和鲁棒性分析。

Ansys ICME相关工具超出了上面分享的示例-并与不同的Ansys物理求解器相结合，包括微观到连续尺度模型，以及连接到第三方建模工具的能力-这样的框架可以达到的应用是广泛的。

构建跨多学科领域的软件桥梁

ICME本质上是一个广泛的多学科领域，以材料科学家为焦点。然而，一般的仿真分析师或工程师并不是ICME专家。被引用最多的ICME成功案例之一需要8个组织、25个人和5年的时间来实现1:7的投资回报率(ROI)，即1的投资获得7的回报。

因此，在工程业务中实施和使用ICME的挑战在于创建一个软件框架，使ICME专家能够:

1. 在已知不确定性的情况下高效地构建他们的工作流。
2. 部署他们的工作流，使非专家能够轻松地选择和触发预配置的ICME工作流。

Ansys一直在积极寻找和开发有效的方法来应对这一挑战，并开发了一个框架概念验证，以实现有效的ICME所需的多学科协作和贡献。当前的软件工具配置用于验证和测试研究项目中早期采用者的实际用例的想法，并最终缩小需求。

未来的框架

这对未来意味着什么?概念验证已经实现，以探索ICME软件框架如何影响制造企业中材料建模的采用和成功。到目前为止，已经实现了各种工作流。这些包括:

• 使用Ansys材料设计工具设计和优化各种混合和复合材料Ansys机械。
• 基于代表性体积元(RVEs)和晶粒特性的晶体塑性方法预测均质材料的性能。
• 预测和校准泡沫的拉伸性能Ansys LS-DYNA。
• 使用自定义模型预测和校准催化反应器的动力学参数Ansys流利。
• 基于第三方解算器的分子动力学模拟预测有机电子器件的松弛分子结构。
• 利用公共平台nanoHUB，基于基本层压板理论工具估算有效层压板性能、残余应力和变形。

Ansys将继续改进ICME工具和框架解决方案，ICME将有助于显著减少材料开发的试错实验方法。Ansys一直在积极寻找和开发有效的方法来应对这一挑战，并开发了一个框架概念验证，以实现有效的ICME所需的多学科协作和贡献。当前的软件工具配置用于验证和测试研究项目中早期采用者的实际用例的想法，并最终缩小需求。结果将在会议上公布NAFEMS全球大会2023将于5月中旬召开。