量身定做的瓶胚為復合材料制造打開了新的大門，但就其設計而言，需要軟件工具來理解這一復雜的過程并進行研究。使用軟件工具了解復雜的瓶坯設計過程并進行研究。最近，已經開發了許多新技術，這些新技術可以減少復合材料的生產周期和成本，從而可以增加復合材料在汽車，工業和消費品行業中的應用。 其中，最有前途的發展領域之一是自動化生產線，該生產線用于切割和放置熱塑性預浸料條，以形成定制的坯料，然后通過壓縮成型和注塑成型將這些坯料轉變為零件。

積極參與這項技術開發的公司包括：荷蘭的Airborne，荷蘭的Van Wees UD和Crossply Technology，以及法國的工程和先進制造研發組織Cetim。 Cetim于2015年啟動了Qui縫地層工藝（QSP）工藝。使用QSP工藝，可以在生產線上以40至90秒的脈沖時間生產具有復雜形狀的產品。例如，使用QSP，在L形梁上形成的Ω形輪廓是將13個1.5mm，2mm和3mm厚的有機片（編織的熱塑性預浸料）貼片和UD膠帶組合成一個對于6mm厚的零件，生產周期每個部分的時間少于77s。熱塑性復合材料零件的高通量生產線：Cetim開發的Qui縫地層工藝（QSP）生產線整合了熱塑性復合材料的沖壓和短纖維增強塑料的二次成型，可低成本，高產量地生產。

生產具有多個厚度的復雜形狀零件（來自Cetim的圖片）但是，使用QSP等自動化技術，工程師必須開發設計和優化方法，以實現許多局部層的理論組合以及零件的數量，厚度，位置和數量層組成的變化（例如增強材料的類型和纖維方向）。考慮到這一點，Cetim將其在復合結構分析，無損測試和制造方面的經驗與ONERA（法國航空航天實驗室）的專業知識相結合，用于航空航天業多年的高級優化方法，從而產生了QSD- Altair Engineering（美國密歇根州特洛伊市）現在使用的HyperWorks計算機輔助工程（CAE）軟件中的工具，該工具基本上是一種優化附加工具，可幫助設計采用帶基和有機板材的零件控制復合材料及其成本，包括如何利用生產廢物實現零廢物閉環制造。 4個步驟的過程QSD方法包括四個步驟：結構優化，成形分析，層識別以及從設計到成本的分析。這些都可以幫助設計人員快速測試“輸入材料可以做什么”，并就機械約束和生產約束做出正確的決定，以控制組件成本。用Altair開發的QSD附加工具使所有HyperWorks OptiStruct用戶都可以在眾所周知的環境中直接使用它。

這些用戶可以使用QSD工具，而無需使用由Altair軟件開發的內部技術來開發新的有限元模型。 4步驟方法：優化使用熱塑性復合材料條和有機材料為片狀零件開發的QSD軟件工具和方法包括4個步驟（來自Cetim的圖片）結構優化QSD流程的第一步是從設計者選擇的數據庫中或通過Altair的各種各向異性熱塑性復合材料選擇熱塑性帶材。他們的微機械模型Multiscale Designer數據庫輸入其屬性，包括強度，模量和其他標準參數。 QSD使用此數據庫和HyperWorks Optistruct完成“剛度匹配”優化。由于此分析的某些結果難以想象（例如各向異性剛度），因此QSD提供了多種方法來與復雜而豐富的數據進行交互，包括直接變量字段或解釋結果，例如主剛度的方向或極端剛度坐標地圖。結構優化結果：QSD結構優化結果以多種方式顯示，包括：（a）直接變量場，（b）主方向剛度，（c）剛度極坐標圖（來自Cetim的圖片）。所有這些顯示器都定義了相同的機械響應，但是具有基于用戶選擇偏好的自定義視圖，目的是幫助設計人員理解和可視化“實現零件所需性能”的方式。與金屬零件相比，此步驟可以優化厚度和重量，并且可以將重量減少50％。成形分析的下一步是幫助設計人員使用Drape Estimator工具首先將零件的3D形狀擴展為2D工程圖，然后使用聚類算法自動對2D工程圖進行分區。

目的是簡單快速地計劃飛機。評估瓶坯和成品零件之間的連接。以汽車懸臂為例，基于有限元網格和OptiStruct的結果，尺寸圖分為300個區域，通過QSD成形分析將區域數減少到5。成形分析：QSD成形分析首先將零件展平，然后使用聚類算法對零件進行分區，然后簡化這些區域，將區域數從300減少到5，以提高可制造性（來自Cetim的圖片），然后設計師可以拉直并弄平每個區域的邊緣，以最大程度減少由相應切割層造成的浪費，這是控制成本和提高生產可行性的關鍵步驟。此步驟也很有趣，因為設計人員可以評估層和形狀簡化對零件機械性能的影響。如果需要在機械性能與零件的可制造性，報廢和成本之間折衷，則此步驟可以為評估提供數據。層識別此步驟的目標是通過從QSD堆棧數據庫或層數據庫（可以添加特定于客戶的數據來進行選擇）中選擇，來確定每個區域的最佳本地堆棧。 QSD工具可幫助設計人員繪制和測試零件的層，然后使用機械準則（例如局部位移，屈曲系數或本征頻率）評估零件的響應，以找到最佳的分層策略。層壓鑒定：在層壓鑒定過程中，對扁平預成型坯上的各層進行了優化，以避免產生廢料，并且可以對層壓方案進行測試以確定最佳解決方案（來自Cetim的圖片）。從設計到成本分析的最后一步設計人員可以評估零件的材料成本，包括由于切割和合并層而產生的報廢和制造成本。實際上，鋪砌的層數和每層的材料浪費是主要的成本驅動因素。快速評估廢料的結果可以在QSD中快速找到，從而使評估值可用于早期設計迭代中。對于最終迭代，可以導出每一層以利用用戶像用于詳細嵌套分析的任何軟件一樣。如有必要，設計人員還可以自定義要在組件成本估算公式中使用的參數，以便設計人員可以評估各種層壓解決方案，并在浪費，可制造性，成本和機械性能方面進行比較。值得一提的是，QSD工具可以評估所用的各種半成品，例如膠帶和織物，或交叉層壓的有機片材。它還可以評估回收材料，例如由Carbon Conversions，ELG Carbon Fibre和其他一些制造商的回收碳纖維制成的非織造氈，或使用Cetim的Thermosim?c技術或其他類似工藝由熱塑性廢料制成的耐熱材料。成型的板材。當然，必須確保此類材料的機械性能，但是一旦確定，就可以輕松地將它們導入QSD模塊，包括最終的層庫/堆疊數據庫。這樣，組件產生的廢料可以重新使用回組件，以實現零廢料閉環制造，這是所有可持續復合材料制造的理想目標。 QSD工具可用于添加復合材料，適用于設計過程的第一步，因為它不僅適用于Cetim的QSP過程，而且還適用于用于制造定制瓶坯的所有過程，無論其程度如何。自動化（例如，自動帶鋼鋪設，自動切割，手動鋪設等）。目的是幫助工程師優化組件，以避免在早期設計過程中選擇錯誤的設計。

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