量身定做的瓶胚为复合材料制造打开了新的大门，但就其设计而言，需要软件工具来理解这一复杂的过程并进行研究。使用软件工具了解复杂的瓶坯设计过程并进行研究。最近，已经开发了许多新技术，这些新技术可以减少复合材料的生产周期和成本，从而可以增加复合材料在汽车，工业和消费品行业中的应用。 其中，最有前途的发展领域之一是自动化生产线，该生产线用于切割和放置热塑性预浸料条，以形成定制的坯料，然后通过压缩成型和注塑成型将这些坯料转变为零件。

积极参与这项技术开发的公司包括：荷兰的Airborne，荷兰的Van Wees UD和Crossply Technology，以及法国的工程和先进制造研发组织Cetim。 Cetim于2015年启动了Qui缝地层工艺（QSP）工艺。使用QSP工艺，可以在生产线上以40至90秒的脉冲时间生产具有复杂形状的产品。例如，使用QSP，在L形梁上形成的Ω形轮廓是将13个1.5mm，2mm和3mm厚的有机片（编织的热塑性预浸料）贴片和UD胶带组合成一个对于6mm厚的零件，生产周期每个部分的时间少于77s。热塑性复合材料零件的高通量生产线：Cetim开发的Qui缝地层工艺（QSP）生产线整合了热塑性复合材料的冲压和短纤维增强塑料的二次成型，可低成本，高产量地生产。

生产具有多个厚度的复杂形状零件（来自Cetim的图片）但是，使用QSP等自动化技术，工程师必须开发设计和优化方法，以实现许多局部层的理论组合以及零件的数量，厚度，位置和数量层组成的变化（例如增强材料的类型和纤维方向）。考虑到这一点，Cetim将其在复合结构分析，无损测试和制造方面的经验与ONERA（法国航空航天实验室）的专业知识相结合，用于航空航天业多年的高级优化方法，从而产生了QSD- Altair Engineering（美国密歇根州特洛伊市）现在使用的HyperWorks计算机辅助工程（CAE）软件中的工具，该工具基本上是一种优化附加工具，可帮助设计采用带基和有机板材的零件控制复合材料及其成本，包括如何利用生产废物实现零废物闭环制造。 4个步骤的过程QSD方法包括四个步骤：结构优化，成形分析，层识别以及从设计到成本的分析。这些都可以帮助设计人员快速测试“输入材料可以做什么”，并就机械约束和生产约束做出正确的决定，以控制组件成本。用Altair开发的QSD附加工具使所有HyperWorks OptiStruct用户都可以在众所周知的环境中直接使用它。

这些用户可以使用QSD工具，而无需使用由Altair软件开发的内部技术来开发新的有限元模型。 4步骤方法：优化使用热塑性复合材料条和有机材料为片状零件开发的QSD软件工具和方法包括4个步骤（来自Cetim的图片）结构优化QSD流程的第一步是从设计者选择的数据库中或通过Altair的各种各向异性热塑性复合材料选择热塑性带材。他们的微机械模型Multiscale Designer数据库输入其属性，包括强度，模量和其他标准参数。 QSD使用此数据库和HyperWorks Optistruct完成“刚度匹配”优化。由于此分析的某些结果难以想象（例如各向异性刚度），因此QSD提供了多种方法来与复杂而丰富的数据进行交互，包括直接变量字段或解释结果，例如主刚度的方向或极端刚度坐标地图。结构优化结果：QSD结构优化结果以多种方式显示，包括：（a）直接变量场，（b）主方向刚度，（c）刚度极坐标图（来自Cetim的图片）。所有这些显示器都定义了相同的机械响应，但是具有基于用户选择偏好的自定义视图，目的是帮助设计人员理解和可视化“实现零件所需性能”的方式。与金属零件相比，此步骤可以优化厚度和重量，并且可以将重量减少50％。成形分析的下一步是帮助设计人员使用Drape Estimator工具首先将零件的3D形状扩展为2D工程图，然后使用聚类算法自动对2D工程图进行分区。

目的是简单快速地计划飞机。评估瓶坯和成品零件之间的连接。以汽车悬臂为例，基于有限元网格和OptiStruct的结果，尺寸图分为300个区域，通过QSD成形分析将区域数减少到5。成形分析：QSD成形分析首先将零件展平，然后使用聚类算法对零件进行分区，然后简化这些区域，将区域数从300减少到5，以提高可制造性（来自Cetim的图片），然后设计师可以拉直并弄平每个区域的边缘，以最大程度减少由相应切割层造成的浪费，这是控制成本和提高生产可行性的关键步骤。此步骤也很有趣，因为设计人员可以评估层和形状简化对零件机械性能的影响。如果需要在机械性能与零件的可制造性，报废和成本之间折衷，则此步骤可以为评估提供数据。层识别此步骤的目标是通过从QSD堆栈数据库或层数据库（可以添加特定于客户的数据来进行选择）中选择，来确定每个区域的最佳本地堆栈。 QSD工具可帮助设计人员绘制和测试零件的层，然后使用机械准则（例如局部位移，屈曲系数或本征频率）评估零件的响应，以找到最佳的分层策略。层压鉴定：在层压鉴定过程中，对扁平预成型坯上的各层进行了优化，以避免产生废料，并且可以对层压方案进行测试以确定最佳解决方案（来自Cetim的图片）。从设计到成本分析的最后一步设计人员可以评估零件的材料成本，包括由于切割和合并层而产生的报废和制造成本。实际上，铺砌的层数和每层的材料浪费是主要的成本驱动因素。快速评估废料的结果可以在QSD中快速找到，从而使评估值可用于早期设计迭代中。对于最终迭代，可以导出每一层以利用用户像用于详细嵌套分析的任何软件一样。如有必要，设计人员还可以自定义要在组件成本估算公式中使用的参数，以便设计人员可以评估各种层压解决方案，并在浪费，可制造性，成本和机械性能方面进行比较。值得一提的是，QSD工具可以评估所用的各种半成品，例如胶带和织物，或交叉层压的有机片材。它还可以评估回收材料，例如由Carbon Conversions，ELG Carbon Fibre和其他一些制造商的回收碳纤维制成的非织造毡，或使用Cetim的Thermosimïc技术或其他类似工艺由热塑性废料制成的耐热材料。成型的板材。当然，必须确保此类材料的机械性能，但是一旦确定，就可以轻松地将它们导入QSD模块，包括最终的层库/堆叠数据库。这样，组件产生的废料可以重新使用回组件，以实现零废料闭环制造，这是所有可持续复合材料制造的理想目标。 QSD工具可用于添加复合材料，适用于设计过程的第一步，因为它不仅适用于Cetim的QSP过程，而且还适用于用于制造定制瓶坯的所有过程，无论其程度如何。自动化（例如，自动带钢铺设，自动切割，手动铺设等）。目的是帮助工程师优化组件，以避免在早期设计过程中选择错误的设计。

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