對于工程師而言，對材料（如復合材料）微觀結(jié)構(gòu)的建模與分析并不容易，如果工程師必須嚴格地考慮材料微觀結(jié)構(gòu)的所有細節(jié)，那么有限元模擬的計算量將遠遠超出當前的計算能力。

在使用拓撲優(yōu)化設計的復雜支架（右）中使用未對準的纖維微結(jié)構(gòu)（左）

考慮到目前幾何圖形（如拓撲優(yōu)化的幾何圖形和裝配體）呈現(xiàn)越來越復雜的趨勢，模擬計算量也將會隨之大幅增加，如果這些復雜的幾何形狀還具有復雜的微觀結(jié)構(gòu)，則模擬它們的唯一方法是使材料屬性均勻化。

Ansys Mechanical Enterprise中提供的Ansys Material Designer可使工程師能夠優(yōu)化微觀結(jié)構(gòu)，并使復雜材料和復合材料的材料特性均勻化。本文主要介紹了如何使用該軟件對復雜的復合材料微觀結(jié)構(gòu)進行模擬分析。

Material Designer能夠計算異質(zhì)材料結(jié)構(gòu)的彈性和熱特性，例如復合材料中的結(jié)構(gòu)。為此，需要首先定義基礎(chǔ)材料的屬性和微觀結(jié)構(gòu)的代表體積元素（RVE），RVE被定義為材料的最小體積元素，并使用宏觀模型中的典型材料特性的準確統(tǒng)計來表示。

材料設計器捕獲非均勻材料體系結(jié)構(gòu)的材料響應，并擴展為均勻的宏觀行為

工程師可以使用Material Designer定制尺寸，并影響RVE的尺寸和材料屬性，他們甚至可以制作自定義RVE；此外，借助Material Designer，工程師可以基于自定義和預定義的幾何類型來分析RVE。Material Designer中可用的一些預定義的微結(jié)構(gòu)包括：

材料設計師預定義了幾種RVE幾何形狀，但工程師也可以制作用戶定義的RVE

單向纖維；

機織物；

短切的隨機纖維；

長而隨機的纖維；

切碎的有序纖維；

長而有序的纖維。

工程師還可以使用晶格定義材料的微觀結(jié)構(gòu)，這些晶格可以是用戶定義的，也可以基于預定義的形狀如菱形、立方、八角形或金字塔形。

一旦Material Designer定義了材料微結(jié)構(gòu)的均質(zhì)特性，就可以在Ansys Mechanical或Ansys Workbench中使用數(shù)據(jù)，通過Material Designer計算的材料特性可以在后續(xù)模擬中重復使用。這意味著一旦工程師完成了新材料或復合材料的設計，他們便可以將其工作重新用于其他零件設計。

可以將材料設計師分析單元捆綁在一起，并分析不同比例和位置的材料行為

此外，可以在模擬中將不同的Material Designer分析單元捆綁在一起，這有助于工程師捕獲材料特性如何根據(jù)比例和位置而變化。最后，可以對Material Designer進行完全參數(shù)化，通過將參數(shù)傳遞到優(yōu)化工作流程中，工程師可以優(yōu)化RVE體系結(jié)構(gòu)和材料特性。