複合材料在日常中對我們的影響？ 複合材料（Composite Materials）由兩種或多種材料組成。包括維持整體結構的黏合材料，以及如編織纖維等更堅固的增強材料。這些材料的結合不僅強化了結構，還大幅提升了材料的強度重量比，這一特性在飛機設計中尤其受到重視，因為複合材料有助於顯著節省燃油成本。此外，複合材料的抗腐蝕性和耐久性也超越了傳統的單一材料（如金屬），使得它們在各類應用中更為可靠。因此複合材料在實現現代生活中的輕量化方面扮演了關鍵角色，從而讓工程師可以更加靈活地客製化和優化產品設計。 複合材料廣泛應用於航空航太、汽車、建築、體育運動、風能等行業。波音 787（Boeing 787）和空中巴士350（Airbus 350）等商用飛機，超過50%由複合材料構成；其不僅提高了飛機的燃油效率，也減輕了整體重量。而在F1賽車和美洲盃等受歡迎的競技賽事中，複合材料同樣發揮了至關重要的作用，提升了競技設備的性能與耐用度。 模擬（simulation）在其中扮演什麼角色？ 透過模擬技術，我們能夠在減少物理測試的同時，深入了解複合材料的行為及其交互作用。我們透過建立具有詳盡微觀結構的複合材料有限元素（Finite Elements）模型，從而在設計初期就能夠精確捕捉到材料內部的力學行為。這些高度精細的模擬，不僅讓我們能夠預測材料中局部成分的失效和脫層（delamination）情況，還可以揭示在傳統物理測試中不易觀察到的微觀行為。 此外，模擬技術的進一步應用使得工程師能夠在設計階段進行多次虛擬測試，迭代優化產品設計。這種方法大大地提高設計的可靠性和性能，確保最終產品能夠在實際使用中表現出更高的效率和更長的壽命。模擬因此成為了推動複合材料技術創新和應用的關鍵工具，有效地提升了設計過程中的精準性與效率。 圖1.氣缸損傷（Cylinder Damage）模擬範例 複合材料的未來影響力 隨著複合材料在全球材料市場中發揮越來越重要的角色，這些材料的創新應用正推動著技術進步和產業轉型。對於能夠提供精確且易於使用的模擬工具的軟體公司需求日益增長，這顯示了複合材料技術的市場潛力，尤其期待未來提升材料性能和生產效率等方面的挑戰。 在更大的範圍內，結合高效的多尺度建模與模擬，我們不僅可以研究製造過程如何影響最終產品的品質，更能夠善用這些技術革新替代傳統材料所無法克服的挑戰。例如，對於注塑成型的熱塑性塑料零件，我們可以模擬注射過程中纖維的流動。預測的纖維取向（Fiber Orientation）可以納入材料模型中，並透過結構模擬來檢測零件在工作載荷下的最薄弱位置。模擬還可用於計算固化過程中的殘餘應力/應變，並預測最終的翹曲。這些模擬不僅提高了產品的可靠性，還有助於降低製造成本和提升結構性能。 對於大型結構的複合材料應用，如飛機機翼，我們也可以使用模擬精確設計複材的鋪層順序和方向，從而在各種不同載荷條件下評估其性能。藉由這種方式，最終優化的設計不僅提升了製造效率，也確保了產品在使用過程中的極致性能和安全性。這種對未來的投資和研究，展現了複合材料技術在推動工業創新和可持續發展方面的深遠影響。 SIMULIA Blog 關鍵字：複合材料、輕量化、產品設計、模擬技術、結構模擬