通常生产轻结构设计的零部件需要很长时间，因此纤维增强复合材料越来越成为人们关注的焦点。为了能够在产品研发中充分利用这种复合材料的优良特性，高效的计划与组织生产、适合的模拟程序和相应的工具必不可少，例如ESI集团公司研发的几种PAM系列模拟软件。

利用纤维增强材料来减轻零部件重量这一技术领域潜力非常巨大。飞机制造领域很早就开始这种材料的利用了。在空中客车A380型飞机中，纤维增强材料零部件所占的比例为整个飞机零部件的25%左右，在波音 787梦幻飞机中这一比例更是高达近50%。在其他工业领域中，例如机械制造业，预计这种新型材料也将会得到越来越广泛的应用。

在实际应用中，人们可能存在的分歧是：是否需要对纤维增强材料进行模拟、在多大范围模拟，或对纤维增强材料的模拟是否有意义，而对于纤维增强材料的研发和应用几乎是没有分歧和意见的。今天可以使用的模拟工具为一个个单一的过程提供了很好的帮助，它开启了纤维增强材料零部件生产过程优化的大门，完成了迄今为止物理样件试制所不能完成的任务，同时也节省了时间和成本。

漫长的生产方法

碳纤维的价格是钢材的50倍左右，并且纤维增强材料零部件的生产制造工艺过程费时费力。因此，在过去很长一段时间里，纤维增强材料一直是材料领域中的“局外人”。再加上这种材料零部件的生产需要新的、技术要求很高的生产操作方法，在零部件设计和生产工艺设计时除了要求非常细心、全面考虑许多复杂的相互关系问题之外，还要求有一定的经验，而这种经验恰恰是许多情况下人们所不具备的。

图1  利用数字化模拟技术对风力发电机叶片的生产制造进行模拟，减轻了生产制造的难度

纤维增强材料零部件的生产工艺和预浸渍纤维增强材料零部件的生产工艺有着较大区别，预浸渍的纤维增强材料是指已经在树脂中预置了纤维或者纤维网，不再是“纯”的基本材料了。预浸渍的纤维增强材料零部件只需再加压、加热，完成最后的“定型”就可以了；而未浸渍处理的纤维增强材料则首先要用树脂制成半成品，用不同的浸渍工艺技术灌入树脂，再使其硬化。

若采用注射树脂的浸渍工艺技术，则纤维增强材料零部件的生产工艺过程原则上有下列几步。准备模具，裁剪；制造纤维幔（在成型模具中制造）；浸渍；最终成型，整理。

复杂的设计过程

虽然前面所述的生产制造工艺过程一目了然，但纤维增强材料各向异性的性质和纤维增强材料零部件设计的复杂性却使得这种材料零部件的生产变得非常困难。为了能够在零部件中真正应用到纤维增强材料的机械性能，需要考虑许多影响因素。例如材料中纤维的方向、纤维预制件、预制网的褶皱问题、预制薄板的材料特性、不同的树脂注射工艺等。

传统的物理样机是这些任务的基本保证，但它的效率却是一个大问题。物理样机需要很长的时间，付出高昂的资金。像其他许多领域一样，现代模拟技术为纤维增强材料零部件的研发及生产制造提供了一个有力的工具，明显降低了纤维增强材料零部件设计、生产和制造的难度。

图2  利用PAM-Quikform和PAM-Quikform for Catia V5使工程技术人员能够对纤维增强材料零部件生产后的变形进行检查，确定预制件是否能够利用希望的纤维增强材料进行制造并得到无缺陷的产品

重要步骤中使用模拟软件

ESI集团公司为纤维增强材料零部件最重要的设计和生产制造过程开发了一系列优秀的模拟软件：

●PAM-Quikform：将纤维、纤维网放入模具后可以快速发现它们的变形并检查出现的错误。

●PAM-Form：可以真实地、可视化地观察纤维增强材料零部件的最终形状和预制形状。

●PAM-RTM：对纤维增强材料零部件的树脂注射和硬化过程进行模拟，对模具技术进行测试。另外，也可以对过程参数进行优化，例如树脂注射压力、速度、树脂用量和合模力等。

●Wistex（第三方程序）：分析不同纤维网结构的特性。

●Visual Composite：具备综合材料数据库的软件程序。利用这一软件程序可以模拟出最佳的纤维增强材料薄板的结构，完成确定理想层次结构的敏感性分析。

●PAM-Crash：考虑了常规损失条件完成静态或动态结构分析的模拟软件。

PAM-Form和PAM-RTM两款数字模拟软件提供了纤维增强材料零部件制造领域中纤维织物和纤维网工艺方法设计和优化的解决方案，保证了纤维增强材料零部件能够在最短的生产时间内得到最高的质量。例如PAM-Form可以发现一些像褶皱、过多的裁剪、搭接或者厚度分布不均匀等缺陷，可通过改动工艺参数或者调整模具等方法来纠正。PAM-RTM能够对较厚的、复杂的或者大型的纤维增强材料零部件的生产制造工艺方法进行精确地描述，例如风力发电设备以及航天航空和汽车制造领域中常常生产制造的大型、复杂零件。

图3  利用PAM-RTM软件系统的时间控制对树脂灌注状况进行模拟，并可以对灌注工作参数、灌注点和排气点的位置、数量进行优化

这些模拟软件也能够帮助工程师们及时找出其设计任务中不可替代最佳解决方案。但前提条件是需按照工程技术人员的思维方式进行编制。除了为不同的树脂复合材料成型工艺方法提供最佳解决方案，例如为热塑性树脂半成品的变形加工提供支持之外，ESI公司还在欧盟项目的框架内把LRI（液体树脂灌注）模拟软件包也集成在了PAM-RTM中。

可以快速应用的新技术

在纤维增强材料零部件半成品的生产制造中，人们也开发了一些新技术（编接、缝合、单垫、局部增强），并使用户可以迅速掌握这些技术。

今天，在复杂的纤维增强材料零部件的设计中，数字化模拟技术是不可或缺的工具。一方面，它能够在不制造物理试样的前提下很快得到符合设计的机械性能和结构的零部件；另一方面，也可以在纤维增强材料零部件的研发阶段就把生产制造工艺过程也考虑进去，对零部件生产的可行性进行核查。

海上和陆上风机的优点和缺点

陆上风能利用

●优点：多年的经验，成熟的技术，可预算出投资和保险的费用，按照使用地点优化的设备方案，较低的投资成本。

●缺点：发电量较低，发电量波动很大，由于合适的地点已经被占有了因此常常使用内陆地区。

海上风能利用

●优点：风力条件较好而有很高的发电能力。风力越稳定转速也越高。

●缺点：对海上风力发电设备的安装和运行管理经验不多；维护保养和安装费用高、风机地点难以接近（较大的离岸距离，较深的水深）；投资和保险的费用难以预算；水深30～40m时风机基础的建造相当困难；出现故障后的停机时间长；很高的腐蚀损害。