Materiaaldata¶

In FrontISTR, 'n "materiaal" is 'n genoem eenheid gebruik na bestuur, as 'n groep, die materiaal-eienskap data toegewys na elemente. Specifically, dit groepe eienskap waardes sodanige as elasties konstantes, digtheid, en termiese geleidingsvermoë, as goed as constitutive-law parameters vir elastoplastisiteit, viskoelastisiteit, kruip, en soortgelyk modelle, onder 'n enkel naam. Assignment na elementgroepe word uitgevoer met !SECTION, wat associates 'n elementtipe (vastestof, dop, koppelvlak, etc.) met 'n materiaalnaam. Die materiaal inhoud self word gedefinieer óf deur !MATERIAL in die maasdata of deur 'n !MATERIAL blok in die analisebeheerdata.

Beperkings op materiaaldata is bepaal deur drie faktore: die analisetipe, die elementtipe, en hoe die materiaal word gespesifiseer in die invoerlêers. Die volgende afdelings som eers die ooreenstemming tussen beskikbare materiaalmodelle, elementtipes, en analisetipes (Funksie Oorsig), verduidelik dan hoe om tussen materiaalmodelle te kies (Keuse 'n Materiaalmodel), en beskryf laastens die spesifikasies van elke model (Reëlêre elastisiteit en daaropvolgende afdelings). Sien die sleutelwoord verwysing vir die sintaksis en verstekwaardes van individuele sleutelwoorde.

Funksie Oorsig¶

Materiaaldata kan wees breedweg verdeel in meganiese materiaalmodelle gebruik in struktuuranalise en termiese eienskappe gebruik in warmtegeleiding en termiese-spanning analises. In struktuuranalise, kies reëlêre elastisiteit, hiperelastisiteit, elastoplastisiteit, viskoelastisiteit, kruip, of 'n gebruikergedefinieerd materiaal volgens die application. Elke is 'n onafhanklik konstitutiewe wet; elastoplasties, viskoelasties, en kruip modelle gebruik reëlêre elastisiteit in die dieselfde materiaal vir die elasties deel (hiperelastisiteit gebruik sy own vervorming-energy funksie en daarom doen nie refer na lineêr-elastiese styfheid). In warmtegeleiding analise, digtheid, spesifieke warmte, en termiese geleidingsvermoë is toegewys na elemente.

In struktuuranalise, indien 'n materiaal met die dieselfde naam word gedefinieer in albei die maasdata en die analisebeheerdata, die analisebeheerdata definisie takes precedence. Egter, 'n materiaal definisie in die maasdata self is still vereis; wanneer 'n materiaal van die dieselfde naam word gedefinieer in die analisebeheerdata, die waardes op die maasdata kant is nie verwys en kan daarom wees dummy waardes. In warmtegeleiding analise, deur contrast, materiaal spesifikasie in die analisebeheerdata is nie ondersteun, en die waardes gespesifiseer in die maasdata word gebruik as-is.

Ondersteuning deur analisetipe kan wees summarized soos volg. Reëlêre statiese analise, modale analise, en reëlêre dinamiese analise gebruik reëlêre elastisiteit. Nie-lineêr staties en nie-lineêr dinamies analises met behulp van driedimensionele kontinuum vastestof elemente kan gebruik hiperelastisiteit, elastoplastisiteit, viskoelastisiteit, kruip, en gebruikergedefinieerd materiale op 'n lineêr-elastiese basis. Warmtegeleiding analise gebruik digtheid, spesifieke warmte, en termiese geleidingsvermoë eerder as struktureel materiaalmodelle. Sien Analisetipes vir 'n oorsig van analisetipes.

Daar is ook restrictions deur elementtipe. Driedimensionele kontinuum vastestof elemente kan gebruik nie-lineêr materiaalmodelle vir struktuuranalise. Plane-spanning, plane-vervorming, en assisimmetries elemente primarily gebruik reëlêre elastisiteit; hierdie twee-dimensional element families doen nie ondersteuning elastoplastisiteit, hiperelastisiteit, viskoelastisiteit, of kruip. Dop elemente ondersteuning reëlêre elastisiteit en kan gespesifiseer word as enkellaag of gelamineerd, isotroop of anisotroop. Dop elemente doen nie ondersteuning elastoplastisiteit, hiperelastisiteit, viskoelastisiteit, of kruip. Koppelvlak elemente word gebruik na model gaping warmte-oordrag en straling in warmtegeleiding analise; gaping parameters word gespesifiseer op die data reël van !SECTION, nie as materiaaldata. Sien ook die Elementbiblioteek vir voorbeelde van assosiasie met elementgroepe en laminate invoer.

Die volgende tabel som op beskikbaarheid van materiaalmodelle deur elementtipe.

(Simbole: ○ beskikbaar / — nie ondersteun). Vir koppelvlak elemente, termiese eienskappe vir gaping warmte-oordrag en straling word gespesifiseer met !SECTION.

Daar is twee routes vir definieer materiale. In maasdata, !SECTION associates 'n elementgroep met 'n materiaalnaam, terwyl !MATERIAL en !ITEM definieer materiaaleienskappe. In analisebeheerdata, materiaalmodelle word gedefinieer deur placing !MATERIAL, !ELASTIC, !HYPERELASTIC, en soortgelyk sleutelwoorde binne 'n !PLASTIC blok. Indien !MATERIAL word gedefinieer in die analisebeheerdata, dat definisie word gebruik in plaas daarvan van die same-named materiaal definisie in die maasdata. Sien !AFDELING (maasdata) en !MATERIAAL (maasdata) vir besonderhede van !SECTION en !MATERIAL op die maasdata kant. Sien !MATERIAAL (analisebeheerdata) vir die materiaal blok op die analisebeheerdata kant.

Keuse 'n Materiaalmodel¶

Wanneer kies 'n materiaalmodel, eerste bepaal of reëlêre elastisiteit is voldoende. Gebruik reëlêre elastisiteit wanneer vervorming is klein, spanning doen nie exceed die vloei punt, en tydafhanklike relaksasie of kruip benodig nie wees oorweeg. Kies hiperelastisiteit vir grootvervorming elasties respons, elastoplastisiteit vir plastiese vervorming na vloei, viskoelastisiteit vir materiale met relaksasie kere, en kruip vir vervorming dat vorder tydens long-term las holding.

Wanneer temperatuur afhanklikheid is vereis, kontrole ondersteuning vir elke materiaalmodel. Reëlêre elastisiteit, kruip, en die termies uitsettingskoëffisiënt ondersteuning temperatuurafhanklike tabelle. Viskoelastisiteit gebruik temperatuur shifting deur !TRS eerder as temperatuur interpolasie van die Prony koëffisiënte self. Vir elastoplastisiteit, temperatuurafhanklike tabelle is beskikbaar wanneer multilinieêr verharding word gebruik met Mises vloei. Mohr-Coulomb en Drucker-Prager doen nie ondersteuning temperatuur afhanklikheid.

Wanneer anisotropie of laminates is vereis, ook oorweeg die elementtipe. Vastestof elemente ondersteuning ortotroop reëlêre elastisiteit. Binne die reeks van reëlêre elastisiteit, dop elemente ondersteuning isotroop enkellaag, anisotroop enkellaag, isotroop gelamineerd, en anisotroop gelamineerd materiale. Nie-lineêr materiaalmodelle kan nie wees gebruik met dop elemente.

Vir nearly onsamedrukbaar materiale, doen nie stel Poisson-verhouding na 0.5. FrontISTR doen nie ondersteuning spesifikasie van 'n perfectly onsamedrukbaar materiaal. In grootvervorming probleme waar incompressibility het 'n strong effek, die keuse van element formulering is ook important; kontrole die formulering opsies in die Elementbiblioteek as goed.

Reëlêre elastisiteit¶

Reëlêre elastisiteit is die meeste fundamental materiaalmodel in FrontISTR struktuuranalise. Reëlêre statiese analise, modale analise, en reëlêre dinamiese analise gebruik reëlêre elastisiteit. Wanneer elastoplastisiteit, viskoelastisiteit, of kruip word gebruik, reëlêre elastisiteit is ook gedefinieer in die dieselfde materiaal vir die elasties deel. → Sien !ELASTIES vir besonderhede.

Vir isotroop reëlêre elastisiteit, spesifiseer Young-modulus en Poisson-verhouding. Wanneer temperatuur afhanklikheid is vereis, Young-modulus en Poisson-verhouding kan wees tabulated as funksies van temperatuur. Vir orthotropy, spesifiseer nine onafhanklik konstantes in totale: Young's moduli in drie rigtings, drie Poisson ratios, en drie shear moduli. Omdat orthotropy vereis 'n materiaal koördinaatstelsel, spesifiseer 'n plaaslik koördinaatstelsel in die ooreenstemmende !SECTION.

om te spesifiseer reëlêre elastisiteit in maasdata, combine !SECTION en !MATERIAL. In die volgende voorbeeld, materiaal ALL is toegewys na vastestof elementgroep M1; ITEM=1 definieer Young-modulus en Poisson-verhouding, ITEM=2 definieer massa digtheid, en ITEM=3 definieer die koëffisiënt van lineêr termiese uitsetting.

!SECTION, TYPE=SOLID, EGRP=ALL, MATERIAL=M1

!MATERIAL, NAME=M1, ITEM=3
!ITEM=1, SUBITEM=2
  4000., 0.3
!ITEM=2
  8.0102E-10
!ITEM=3
  1.0E-5

Vir dop elemente, albei enkellaag en gelamineerd definisies is beskikbaar binne reëlêre elastisiteit. Gebruik SUBITEM=4 vir 'n enkellaag isotroop materiaal en SUBITEM=9 vir 'n enkellaag anisotroop materiaal. Vir 'n laminate, plek materiaal konstantes en laag gewigte vir alle lae in die dieselfde !ITEM. Laag gewigte is normalized deur hul totale en gebruik as integrasie gewigte deur die dikte. Die fisies dikte van die hele dop word gespesifiseer deur die dikte in !SECTION, TYPE=SHELL.

Die volgende is 'n voorbeeld van 'n enkellaag dop met 'n isotroop materiaal.

!MATERIAL, NAME=M1, ITEM=1
!ITEM=1, SUBITEM=4
0, 200000, 0.3, 2.0

Die volgende is 'n voorbeeld van 'n twee-layer gelamineerd dop met isotroop materiale.

!MATERIAL, NAME=M1, ITEM=1
!ITEM=1, SUBITEM=7
0, 200000, 0.3, 2.0, 200000, 0.3, 2.0

Die volgende is 'n voorbeeld van 'n enkellaag dop met 'n anisotroop materiaal. Die anisotropie angle word gespesifiseer in degrees.

!MATERIAL, NAME=M1, ITEM=1
!ITEM=1, SUBITEM=9
1, 28600., 0.15, 32.3, 28600., 12434., 12434., 12434., 0.0

Die volgende is 'n voorbeeld van 'n twee-layer gelamineerd dop met anisotroop materiale.

!MATERIAL, NAME=M1, ITEM=1
!ITEM=1, SUBITEM=17
1, 28600., 0.15, 32.3, 28600., 12434., 12434., 12434., 0.0,
   28600., 0.15, 32.3, 28600., 12434., 12434., 12434., 0.0

Hiperelastisiteit¶

Hiperelastisiteit is 'n nie-lineêr elasties materiaalmodel in wat spanning word gedefinieer van 'n vervorming-energy funksie. Dit word gebruik om rubberagtige materiale dat terugkeer na hul oorspronklike vorm na ontlasting selfs na groot vervorming. In die invoer, spesifiseer !MATERIAL binne 'n !HYPERELASTIC blok. → Sien !HIPERELASTIES vir besonderhede.

FrontISTR ondersteun die volgende hiperelasties modelle. Die OGDEN model is nie ondersteun.

Hiperelastisiteit gebruik die koëffisiënt \(D\) geassosieer met volume verandering na verteenwoordig compressibility. Perfectly onsamedrukbaar materiale is nie ondersteun, dus doen nie gebruik 'n spesifikasie ooreenstemmende na Poisson-verhouding \(\nu=0.5\). Vir nearly onsamedrukbaar materiale, dit is necessary na kies nie slegs die hiperelasties-model koëffisiënte maar ook die element formulering na wees gebruik.

Hiperelastisiteit is hanteer deur verstek binne die Totale Lagrange raamwerk. Sien Hiperelastisiteit (Teorie) vir definisies van die vervorming-energy funksie, spanning, en raaklyn styfheid.

Elastoplastisiteit¶

Elastoplastisiteit separates die elasties en plasties streke met behulp van 'n vloei funksie en verteenwoordig die post-yield respons met 'n verhardingswet. In die invoer, combine !MATERIAL en !ELASTIC in die dieselfde !PLASTIC blok. → Sien !PLASTIES vir besonderhede.

In FrontISTR, 'n elastoplasties model word gespesifiseer deur kombineer 'n vloei funksie en 'n verhardingswet. Die ondersteun reeks is soos volg.

Multilinieêr verharding met Mises vloei ondersteun temperatuurafhanklike tabelle. Bilinear verharding, Swift verharding, Ramberg-Osgood verharding, kinematic verharding, en gekombineer verharding met Mises vloei is geëvalueer as konstant expressions. Mohr-Coulomb en Drucker-Prager doen nie ondersteuning temperatuur afhanklikheid. Wanneer multilinieêr verharding word gebruik, die invoer moet wees sodanige dat plastiese vervorming is nonnegative en die eerste plastiese vervorming is 0.

Dop, plane-spanning, plane-vervorming, en assisimmetries elemente doen nie ondersteuning elastoplastisiteit. Gebruik driedimensionele kontinuum vastestof elemente vir elastoplasties materiale.

Elastoplastisiteit is hanteer deur verstek binne die Bygewerk Lagrange raamwerk. Indien !PLASTIC word gespesifiseer vir INFINITESIMAL, dit is behandel as 'n kleinvervorming konstitutiewe wet. Spanning updating gebruik integrasie gebaseer op terugkeer kartering; sien Elastoplastisiteit (Teorie) vir algorithmic besonderhede.

Viskoelastisiteit¶

Viskoelastisiteit is 'n materiaalmodel dat voeg by tydafhanklike relaksasie na elasties respons. FrontISTR takes 'n veralgemeen Maxwell model as 'n Prony reeks. Definieer !MATERIAL en !ELASTIC in die dieselfde !VISCOELASTIC blok. → Sien !VISKOELASTIES vir besonderhede.

Vir 'n Prony reeks, spesifiseer pare van relaksasie koëffisiënte en relaksasie kere op veelvuldige reëls. 'N relaksasie tyd van 0 kan nie wees gespesifiseer. Na account vir temperatuur afhanklikheid, plek !TRS na !VISCOELASTIC en spesifiseer 'n temperatuur verskuiwing faktor. → Sien !TRS vir besonderhede.

Temperatuur shifting ondersteun WLF en Arrhenius vorms, albei van wat definieer die verskuiwing faktor \(A\) as 'n funksie van die analise temperatuur \(\theta\) en verwysing temperatuur \(\theta_0\). In óf geval, die invoer supplies twee materiaal konstantes (C1, C2) en 'n verwysing temperatuur, maar hul betekenis hang af op die gekies verskuiwing model (die twee koëffisiënte van die Williams-Landel-Ferry vergelyking vir die WLF vorm, en twee activation-energy-verwant koëffisiënte vir die Arrhenius vorm). Sien die teorie manual Viskoelastisiteit vir die spesifiek funksionele vorms en derivation van die verskuiwing faktor.

Kruip¶

Kruip is 'n materiaalmodel vir vervorming dat vorder met tyd onder 'n konstant las of konstant spanning. FrontISTR !CREEP ondersteun die Norton wet. Definieer !MATERIAL en !ELASTIC in die dieselfde !CREEP blok. → Sien !KRUIP vir besonderhede.

In die Norton wet, die kruip vervorming tempo is voorgestel deur 'n power-law expression van ekwivalente spanning, tyd, en materiaal konstantes \(A\), \(n\), en \(m\) (sien die teorie manual Kruip vir die spesifiek funksionele vorm). Die materiaal konstantes ondersteuning temperatuurafhanklike tabelle, dus waardes kan gespesifiseer word vir elke temperatuur.

!CREEP vir TYPE=USER is nie ondersteun. Gebruik 'n gebruikergedefinieerd materiaal wanneer implementering 'n custom konstitutiewe wet dat sluit in kruip.

Materiaaleienskappe vir Warmtegeleiding Analise¶

Warmtegeleiding analise definieer digtheid, spesifieke warmte, en termiese geleidingsvermoë eerder as die elasties en plasties materiale gebruik in struktuuranalise. Vir link, vlak, vastestof, en dop elemente, gebruik !MATERIAL–ITEM=1 in maasdata 3. Termiese eienskappe kan wees supplied as temperatuurafhanklike tabelle.

In die volgende voorbeeld, digtheid, spesifieke warmte, en termiese geleidingsvermoë word gedefinieer vir materiaal M1 as temperatuurafhanklike data. Na SECTION ken toe materiaal ALL na vastestof elementgroep M1, !MATERIAL van ITEM=1 gee digtheid, ITEM=2 gee spesifieke warmte, en ITEM=3 gee termiese geleidingsvermoë, elke paired met temperatuur.

!SECTION, TYPE=SOLID, EGRP=ALL, MATERIAL=M1

!MATERIAL, NAME=M1, ITEM=3
!ITEM=1, SUBITEM=1
7850., 300.
7790., 500.
7700., 800.
!ITEM=2
0.465, 300.
0.528, 500.
0.622, 800.
!ITEM=3
43., 300.
38.6, 500.
27.7, 800.

Vir koppelvlak elemente, materiaaldata is nie gebruik; die data reël van !SECTION, TYPE=INTERFACE spesifiseer die gaping width, gaping warmte-transfer koëffisiënt, en straling koëffisiënte.

!SECTION, TYPE=INTERFACE, EGRP=GAP
1.0, 20.15, 8.99835E-9, 8.99835E-9

Vir shell-element warmtegeleiding analise, termiese eienskappe word gespesifiseer met materiaal !MATERIAL, as vir vastestof elemente. Dop dikte en die aantal van through-dikte integrasie punte word gespesifiseer op die !SECTION kant.

Termiese-spanning analise definieer die koëffisiënt van lineêr termiese uitsetting om bereken termies vervorming van die temperatuur veld. Isotroop en ortotroop termies-expansion koëffisiënte is ondersteun, insluitend temperatuur afhanklikheid. → Sien !EXPANSION_COEFF vir besonderhede. om te spesifiseer die massa digtheid gebruik in struktureel of dinamiese analise op die analisebeheerdata kant, sien !DENSITY. Digtheid vir warmtegeleiding analise word gespesifiseer met maasdata !MATERIAL ITEM=1 as getoon hier.

Gebruikergedefinieerd Materiale¶

Gebruikergedefinieerd materiale verskaf 'n entry punt vir implementering, in 'n ekstern subroetine, konstitutief wette dat kan nie wees voorgestel deur FrontISTR built-in materiaalmodelle. In die invoer, !USER_MATERIAL spesifiseer die aantal van toestand veranderlikes en gebruiker konstantes. → Sien !USER_MATERIAAL vir besonderhede.

!USER_MATERIAL is behandel deur verstek as 'n Updated-Lagrange-tipe konstitutiewe wet en is behandel as Totaal-Lagrange tipe wanneer KIRCHHOFF word gespesifiseer. Die aantal van toestand veranderlikes word gespesifiseer deur NSTATUS. Tot 100 gebruiker konstantes kan wees deurgegee op data reëls. Hierdie konstantes en toestand veranderlikes word gebruik as intern veranderlikes van die konstitutiewe wet in die gebruikersubroetine.

Met !USER_MATERIAL, implement die konstitutiewe wet self in uMatlMatrix en uUpdate. uMatlMatrix returns die materiaal raaklyn styfheid, en uUpdate bywerkings spanning en toestand veranderlikes. Vir gebruiker elastisiteit onder klein vervorming, gebruik !ELASTIC, TYPE=USER; vir 'n gebruiker hiperelasties model, gebruik !HYPERELASTIC, TYPE=USER, implementering die elasties respons in uElasticMatrix en uElasticUpdate. Vir 'n gebruikergedefinieerd vloei funksie, gebruik !PLASTIC, YIELD=USER en implement die elastoplasties raaklyn styfheid en terugkeer kartering.

Verwante onderwerpe¶

• Analisetipes — Analisetipes in wat materiaalmodelle kan gebruik word
• Elementbiblioteek — Elementtipes en element formulerings na wat materiale is toegewys
• Konstitutief Wette (Teorie) — Konstitutief vergelykings en spanning bywerkings vir elke materiaalmodel
• !MATERIAAL (maasdata) — Materiaal-eienskap tabelle op die maasdata kant
• !AFDELING (maasdata) — Assosiasie tussen elementgroepe en materiaal naam
• !MATERIAAL (analisebeheerdata) — Materiaal blokke op die analisebeheerdata kant
• !ELASTIES — Lineêr elasties materiaal
• !HIPERELASTIES — Hiperelasties materiaal
• !PLASTIES — Elastoplasties materiaal
• !VISKOELASTIES — Viskoelasties materiaal
• !TRS — Temperatuur verskuiwing vir viskoelastisiteit
• !KRUIP — Kruip materiaal
• !DENSITY — Massa digtheid gebruik in struktureel en dinamies analises
• !EXPANSION_COEFF — Koëffisiënt van lineêr termiese uitsetting
• !USER_MATERIAAL — Gebruikergedefinieerd materiaal