Технологии компании Hexagon MI для цифрового материаловедения: от виртуальной разработки и испытаний материалов до цифровых двойников и управления ...
←
→
Транскрипция содержимого страницы
Если ваш браузер не отображает страницу правильно, пожалуйста, читайте содержимое страницы ниже
Технологии компании Hexagon MI для
цифрового материаловедения: от
виртуальной разработки и
испытаний материалов до цифровых
двойников и управления данными по
материалам на уровне предприятия
Гонтюк Алексей Павлович,
старший технический эксперт
MSC Software RUS, Москва
1 | hexagonmi.com | mscsoftware.com
25.02.2021
Компания Hexagon одним взглядом
Мировой уровень информационно-технологических решений
Поставщик технологических решений
• Признанный лидер в области информационных технологий
• Решения компании повышают производительность
изготовления и улучшают качество изделий
Глобальный охват Electronics & Manufacturing
• Решения для ключевых отраслей промышленности
• Около 18000 сотрудников в 50 странах
НИОКР в центре внимания Automotive Surveying A&D Safety & Security
• 10-12% чистого объема продаж инвестируется в НИОКР
• Свыше 3400 работников заняты НИОКР
• Свыше 3200 действующих патентов
Power & Energy Infrastructure & Construction
Надежное финансовое положение
• 3,1 млрд. евро продаж
• Норма прибыли - 23,4%
2 | hexagonmi.com | mscsoftware.com
Решения HEXAGON в жизненном цикле изделия
Стратегия “Умное Производство” для соединения Физического и Цифрового мира
Активы
Управление
данными
Сервис … Проектирование
ЦИФРОВОЙ
МИР
Умное
Производство
Цифровые Изготовление
двойники
Метрология
3 | hexagonmi.com | mscsoftware.com
РЕАЛЬНЫЙ
МИР
Решения компании MSC Software (подразделение HEXAGON MI) для
инженерного анализа
Моделирование процесса инжиниринга в полном объёме
Digimat
Material Center
Volume Graphics Изделие
Метрологическое
оборудование
Сборки
Hexagon MI
Детали
Изготовление
Материалы
4 | hexagonmi.com | mscsoftware.com
Краткая история развития инженерных материалов ...
From Ashby (2005)
Gold Copper
Bronze
Сокращение времени разработки,
Iron Glassy Metals
Металлы испытаний и выхода на рынок новых
Cast iron Al-Lithium Alloys Development Slow:
материалов с требуемыми
Относительная важность
Steels Mostly Quality характеристиками
Dual phase Steels
Wood Alloy steels Control and
Microalloyed Steels
Skins Processing Обеспечение высоких характеристик
материала
Fibers
Glues New Super Alloys изделий с учетом сильного влияния
Light alloys
Rubber
Полимеры технологии изготовления на
Superalloys
свойства материала
Straw-brick Paper High
temperature
Stone
Polymers
Композиты Контроль и управление доступом к
Pottery
Bakelite High modulus
Polymers
моделям материала
Ceramic Composites
Glass Polyesters
Metal-Matrix
Cement
Nylon Epoxies
PE PMMA Acrylics Composites
Сохранение и систематизация
Refractories PC PS PP CFRP Керамика данных полного жизненного цикла
Portland GFRP
Cement
Fused Tough Engineering материала
Silica Ceramics
10000 лет до н.э. 5000 до н.э. 0 1000 1500 1800 1900 1940 1960 1980 1990 2000 2010 2020
Индустриальные эпохи Каменная Бронзовая Железная 1.0 2.0 3.0 4.0
Эвристический
Аналитические методы
Походы к Системы инженерного анализа (САЕ) & Инжиниринг
проектированию
ICME
(Integrated Computational
Materials Engineering)
5 | hexagonmi.com | mscsoftware.com
Технология ICME (Integrated Computational Materials Engineering)
10xICME
Процесс
(Integrated computational materials
engineering) – это интегрированное
решение от компании Hexagon для
Цифрового Материаловедения,
сочетающая комплексное Управление
Характерис виртуальным
взаимодействия между процессом тики и Микрострук
тура
изделия
изготовления – микроструктурой физическими
данными
материала - свойствами материала –
характеристиками изделия с
возможностью управления данными
по материалу на всех уровнях
Свойства
проектирования и изготовления материала
6 | hexagonmi.com | mscsoftware.com
Виртуальное моделирование процесса разработки изделия с помощью
технологии 10хICME
Физический
мир
Поставщик Производитель Поставщики Конечный
материала оборудования 1 уровня производитель
Материал Процесс Сборка /
Деталь
Изделие
Виртуальный
мир
7 | hexagonmi.com | mscsoftware.com
Комплексная технология ICME компании Hexagon
10xICME – основа технологии Цифрового Материаловедения
Обоснованность
Управление выбора материала и
Виртуальная Виртуальные Обмен точными
1 разработка 2 испытания 3 жизненным циклом
и данными по 4 данными по
материалам между
5 соответствие его
нормативам
материала материала материалам
Material поставщиками и
PROCESS
DATA Разработчики
Suppliers пользователями
материалов
COMPLIANCE
SOLUTION
Material
Пользователи
Users
Точное Аддитивные Искусственный
интеллект для Цифровой
Учет технологии многоуровневое технологии для
6 изготовления 7 моделирование 8 композиционных
материалов
9 определения
характеристик 10 “двойник”
материала
материалов материала
Data Management
and Analytics
DIGITAL
WORLD
Machine Programming Material Engineering Engineering
Software Software Software
REAL
WORLD
AFP-ATP Deposition Scanning
Manufacturing Hardware & Software
8 | hexagonmi.com | mscsoftware.com
1. Виртуальная разработка материала
Концепция представительного элемента объема (ПЭО) для связи микро- и макроуровня в
материале
[1]
Модель материала, Характеристики
Входные данные на чувствительная к материала
[1] Nemat-Nasser, S., & Hori, M. (1993). микроуровне микроструктуре на макроуровне
Micromechanics: Overall Properties of
Heterogeneous Solids. Elsevier Science
Publisher.
матрица
волокно
9 | hexagonmi.com | mscsoftware.com
1. Виртуальная разработка материала
Модели материалов используют данные о свойствах фаз и микроструктуре материала для
определения его характеристик
Механические,
тепловые и
электрические
характеристики
материала
Аналитические модели
Виртуальная Компьютерная
томография
Пространственные
поля данных
Молекулярная Физико-химическое Встроенные генераторы сетки и КЭ решатели для
динамика моделирование представительного элемента объема (ПЭО)
Информация о Модель материала на Характеристики материала на
микроструктуре материала микроуровне макроуровне
10 | hexagonmi.com | mscsoftware.com1. Виртуальная разработка материала Микроуровневый подход для Точного, Надежного, Быстрого и Простого моделирования материалов 11 | hexagonmi.com | mscsoftware.com
1. Виртуальная разработка материала Объединение различных дисциплин и уровней моделирования материала 12 | hexagonmi.com | mscsoftware.com
2. Виртуальные испытания материала Виртуальные испытания серии образцов из слоистых композиционных материалов для определения расчетных характеристик 13 | hexagonmi.com | mscsoftware.com
2. Виртуальные испытания материала
Лаборатория для исследования слоистых композиционных материалов
Дефекты материала Продвинутые модели
разрушения
• Расслоение
• Пористость • Упруго-пластичное поведение
• Свилеватость • LaRC критерий разрушения
• Зазоры между лентами для AFP технологии • Остаточные напряжения после
изготовления изготовления
• Учет разброса параметров дефектов • Расслоение
Анализ
чувствительности
характеристик
материала
(прочность и
жесткость) к
дефектам
Точность моделирования,
Испытания Моделиров ание Испытания Моделиров ание
14 | hexagonmi.com | mscsoftware.com
Материал Материал
учет дефектов без дефектов с дефектом2. Виртуальные испытания материала Простой, быстрый и эффективный инструмент испытания сэндвич-панелей 15 | hexagonmi.com | mscsoftware.com
2. Виртуальные испытания материала
Испытания материалов со сложной микроструктурой
Открытая
топология
пор
20% 10% 3%
Закрытая
Относительная 60% 40% топология
плотность пор
• Виртуальные испытания для определения жесткости,
демпфирования, прочности и т.д.
16 | hexagonmi.com | mscsoftware.com2. Виртуальные испытания материала
Гибридный подход при разработке и испытании материалов
Натурные Виртуальные
испытания испытания
Матрица Варианты матриц
Варианты
Армирование
армирования
Варианты
Микроструктура
микроструктур
Технология Разные технологии
изготовления изготовления
Условия Варианты условий
окружающей среды окружающей среды
• Ограниченное число вариантов • Практически неограниченное число
материала и условий Область вариантов матриц и армирования
окружающей среды проектирования • Исследование материала при различных Digimat
• Получение только нескольких условиях окружающей среды
Н В В В • Оптимизация характеристик материала
характеристик
• Время на испытания В Н В • Исследование влияние дефектов материала
• Получение различных характеристик
• Стоимость натурных испытаний В В В Н
• Сокращение времени и стоимости
В Н В В
В В Н
17 | hexagonmi.com | mscsoftware.com2. Гибридный подход при разработке и испытании материала
Соединение натурных и виртуальных испытаний для экономии времени и стоимости на
примере разработки армированных рубленным волокном пластиков
Rep 1
Rep 2
-40°C 0° Rep 3
23°C 45° Rep 4
DAM
Mat 1 QS Stiffness 80°C 90° Rep 5
RH50
Dynamic
Mat 2 120*C
Stress-Strain
Creep
Mat M
Deformation
Creep Failure
Снижение стоимости разработки в 2 раза
Fatigue
Сокращение времени в 2.5 раза
18 | hexagonmi.com | mscsoftware.com3. Управление данными и жизненным циклом материалов
Решение на уровне предприятия для управления данными по материалами с проверкой
безопасности и масштабируемостью
Данные по Результаты Верификация и
PROCESS обработка
процессу натурных
DATA результатов
испытаний испытаний испытаний
Виртуальные Утверждение и
испытания присвоение
данным версии
Экспорт данных
по материалам
БД по материалам
сторонних компаний
Публикация и
оповещение
Соответствие Отчеты & Email
нормативным
документам
19 | hexagonmi.com | mscsoftware.com4. Обмен точными данными по материалам между поставщиками и
пользователями
Экосистема Material Exchange для обмена точными данными по материалам
Digimat
Производитель
Поставщики 1-го уровня
21 | hexagonmi.com | mscsoftware.com
Поставщики материалов4. Обмен точными данными по материалам между поставщиками и пользователями Широкий спектр моделей материалов от ведущих разработчиков и поставщиков Пользователям доступно более 38 000 моделей материалов 22 | hexagonmi.com | mscsoftware.com
4. Платформа Material Exchange
Калибровка модели материала на микроуровне по результатам натурных испытаний образцов
Линейные и Результаты натурных
нелинейные испытаний
свойства
Прочность и
жесткость
Калибровка модели
Температурно-
материала
зависимые свойства
Модель материала
Свойства, зависящие Digimat на микроуровне
от скорости
деформирования
Долговечность
Ползучесть
23 | hexagonmi.com | mscsoftware.com5. Соответствие выбранных материалов нормативным документам
Социальная и экологическая ответственность при выборе материала, соответствие
нормативным требованиям государства
• Материалы могут содержать вредные и опасные
вещества, поэтому необходимо:
• Контролировать используемые вещества
• Иметь доступ к последним версиям
законодательной и нормативной информации
• Обладать информацией о соответствии
используемых материалов на ранней стадии
проектирования
• Материалы имеют огромное влияние на
экологию и безопасность!
24 | hexagonmi.com | mscsoftware.com5. Соответствие выбранных материалов нормативным документам
Проверка материала с помощью iPoint на соответствие нормативным требованиям
доступна в MaterialCenter
1. Единый источник 2. Мгновенная проверка 3. Текущий статус
данных по материалам на соответствие соответствия материалов
✓ Всегда последняя
информация, основанная
на нормативных Менеджмент
✓ Безопасное встроенное
веб-приложение документах
Внутренние данные компании ✓ Отслеживание статуса ✓ REACH, RoHS, SVHC
и данные от поставщиков соответсвия ✓ Запланированные Инженер
Материаловед
материалов проверки по всем
✓ Доступ и контроль версий
материалам
25 | hexagonmi.com | mscsoftware.com6. Учет технологии изготовления
Микроструктура материала закрывает разрыв между технологией изготовления детали и ее
характеристиками (прочность, жесткость и др.)
Технологический Свойства материала Характеристики детали
процесс изготовления (прочность, жесткость...)
26 | hexagonmi.com | mscsoftware.com6. Учет технологии изготовления
Быстрый и точный структурный анализ конструкций с учетом выбранных технологических
параметров изготовления
Микроструктура Источники данных по материалу Структурный анализ
• Тензор ориентации, пористость, … • Автоматический реверс-инжениринг по результатам натурных испытаний материала • Микро, Гибридный и Макро подход
• Остаточные напряжения, линии спая, … • Платформа Digimat-MX • Линейный и Нелинейный анализ
27 | hexagonmi.com | mscsoftware.com7. Точное многоуровневое моделирование материалов
Иерархическая структура, проверка и валидация на каждом уровне
Предоставлено
BMW
Изделие
Сборки
Детали
Образцы
28 | hexagonmi.com | mscsoftware.com7. Точное многоуровневое моделирование материалов
Точное моделирование поведения 3D тканного материала
Микроуровень Макроуровень
Мезоуровень
Характеристики фаз Гомогенизация
Этап 2
Гомогенизация
Этап 1
Анизотропные свойства
3D тканного материала
Свойства нити
29 | hexagonmi.com | mscsoftware.com8. Аддитивные технологии для композиционных материалов
Комплексное решение на базе платформы Digimat Additive Manufacturing
Топологическая MSC Nastran
оптимизация MSC Apex GD
Технология получения слоя
Характеристики
материала
при 3D печати
FFF/SLS Моделирование Digimat
изготовления
Pressure at break (in
7
0°
Характеристики
6.5
Bars)
6
детали 90°
Printing
angle
5.5
5
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Printing angle (in °)
Контроль после Hexagon MI
изготовления
30 | hexagonmi.com | mscsoftware.com9. Использование элементов искусственного интеллекта
Ускорение внедрения инноваций с помощью искусственного интеллекта и машинного обучения
Ускорение • Виртуальная разработка материалов
получения • Виртуальные испытания материалов
данных о
материалах • …
• Оценка разницы между результатами
моделирования и реальными
Оценка характеристиками
надежности • Учет влияния разброса характеристик на
конструкции свойства материала
• Исследования возможности вторичного
использования материалов
• …
• Оптимизация технологических параметров
Оптимизация
изготовления
технологических • Минимизация коробления
параметров • Минимизация времени изготовления
изготовления
• Максимизация прочности и жесткости
• …
31 | hexagonmi.com | mscsoftware.com9. Использование элементов искусственного интеллекта
Применение искусственного интеллекта при определении характеристик материала
Натурные Виртуальные
испытания испытания
Матрица Варианты матриц
Варианты
Армирование
армирования
Варианты
Микроструктура
микроструктур
Технология Разные технологии
изготовления изготовления
Условия Варианты условий
окружающей среды окружающей среды
Область проектирования
Digimat
ИИ (AI)
?
32 | hexagonmi.com | mscsoftware.com9. Использование элементов искусственного интеллекта
Определение характеристик материалов и моделирование виртуальных испытаний
Нейронная сеть 1 Нейронная сеть 2
Результаты
натурных испытаний
Обучение нейронной сети по Использование нейронной сети Обучение нейронной сети на Прогнозирование расчетных
результатами моделирования для перехода к испытаниям основе виртуальных и характеристик на основе ограниченного
откалиброванного ПЭО образцов натурных испытаний образцов объема данных натурных испытаний
33 | hexagonmi.com | mscsoftware.com10. Цифровой “двойник” материала
Применение результатов компьютерной томографии для использования точной
микроструктуры материала при моделировании
Насколько мы знаем наш
материал?
Ориентация волокон
Насколько хорошо мы
понимаем микроструктуру
материала?
Учтены ли все дефекты в Объемное содержание
материале? волокон
Пористость
34 | hexagonmi.com | mscsoftware.com10. Цифровой “двойник” материала
Применение системы Apodius при расчете конструкций из слоистых композиционных
материалов с точной микроструктурой материала
Сканирование слоев при
выкладке материала
Анализ ориентации волокон,
определение дефектов
Передача информации о микроструктуре
(ориентации волокон) на КЭ модель
Расчет точных анизотропных свойств
КМ в каждой точке конструкции
КЭ расчет конструкции
Digimat
Digimat
Digimat + MSC Software
35 | hexagonmi.com | mscsoftware.com10. Цифровой “двойник” материала
Соединение Физического и Цифрового мира c помощью цифрового “двойника” материала
Управление данными
Digimat Digimat + MSC Software
Моделирование Точное определение КЭ расчет конструкции с
выкладки детали анизотропных свойств учетом микроструктуры
ЦИФРОВОЙ материала
МИР Программное обеспечение Программное обеспечение Программное обеспечение
ФИЗИЧЕСКИЙ
МИР
Изготовление детали Сканирование микроструктуры
Программно- аппаратные средства
36 | hexagonmi.com | mscsoftware.comТехнология 10хICME для Цифрового материаловедения
Виртуальная Управление
Цифровые Экологическая и
разработка и Учет технологии жизненным циклом
двойники Социальная
испытания
материала изготовления ответственность
и данными по
материала материалу
Комплексная технология 10xICME компании Hexagon
37 | hexagonmi.com | mscsoftware.comСпасибо за внимание!
Гонтюк Алексей Павлович,
Старший технический эксперт MSC Software RUS
alexey.gontyuk@mscsoftware.com
+7 (495) 363-06-83, доб. 118
38 | hexagonmi.com | mscsoftware.comВы также можете почитать
