復合材料結構的數值模擬由于涉及長度尺度的不同而具有一定的挑戰性。雖然微觀有限元方法可以用來模擬系統的結構力學問題(解決所有的長度尺度)，但對于復雜大型產品的設計它是不實際的。因為所需的單元數量將是天文數字，計算成本會非常之高。

在復合材料有限元分析中，消除尺度問題的標準方法是均質化。

即通過計算微觀胞元均質化材料參數，將它應用到宏觀尺度的模型中，而不是模擬整個復雜的微觀結構，從而大大降低計算成本。

在材料設計中，均質化過程從代表性的微觀胞元（RVE，Representative Volume Element）的建模開始。

這需要創建一個簡化的幾何圖形，以及定義組成材料的材料屬性。然后，對幾何模型進行網格劃分進行有限元分析，計算其響應，最終根據這些響應的結果計算均質材料數據。

Material designer（簡稱MD）是ANSYS v19.2中引入的一種新的均質化工具，用于評估不同材料和結構(復合材料、晶格或用戶定義)的有效線彈性和熱材料屬性。

使用material designer工具，可以計算基于晶格結構、UD復合材料(UD)、隨機UD復合材料、短切纖維復合材料、編織復合材料或指定一個用戶定義的RVE的有效材料性能，如圖所示：

如何使用它呢？

以ANSYS2020R1新增的honeycomb RVE為例，以下介紹其操作步驟。

第一步

從子項目中拖動一個MD模塊，雙擊engineer data，定義基本材料屬性，本案例材料屬性默認結構鋼。

第二步

雙擊MD，選擇RVE類型為Honeycomb。注意：material designer支持微觀尺度的文件，如果單位系統不對，可以通過單擊File> SpaceClaim Options > Units來更改當前文檔中的單位系統。

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審核編輯 黃宇