Efnisgögn¶

Í FrontISTR er „efni“ nafngreind eining sem notuð er til að halda utan um efniseiginleikagögn sem úthlutað er stökum sem einum hópi. Nánar tiltekið safnar hún undir eitt heiti gildum eins og fjaðurföstum, þéttleika og varmaleiðni, ásamt færibreytum efnislögmála fyrir teygjuplast, seigfjaðurfræði, skrið og sambærileg líkön. Úthlutun til stakahópa fer fram með !SECTION, sem tengir stakategund (rúmstak, skel, viðmót o.s.frv.) við efnisheiti. Efnisgögnin sjálf eru skilgreind annaðhvort með !MATERIAL í möskvagögnum eða með !MATERIAL-blokk í stýrigögnum greiningar.

Takmarkanir efnisgagna ráðast af þremur þáttum: greiningartegund, stakategund og því hvernig efnið er tilgreint í inntaksskrám. Eftirfarandi kaflar draga fyrst saman samsvörun tiltækra efnislíkana, stakategunda og greiningartegunda (Yfirlit aðgerða), útskýra síðan hvernig velja skal milli efnislíkana (Val efnislíkans) og lýsa að lokum forskrift hvers líkans (Línuleg fjaðurfræði og síðari kaflar). Um setningafræði og sjálfgefin gildi einstakra lykilorða er vísað í lykilorðalýsinguna.

Yfirlit aðgerða¶

Efnisgögnum má í grófum dráttum skipta í aflfræðileg efnislíkön fyrir burðargreiningu og varmaeiginleika fyrir varmaleiðni- og varmaspennugreiningu. Í burðargreiningu skal velja línulega fjaðurfræði, ofurfjaðurfræði, teygjuplast, seigfjaðurfræði, skrið eða notandaskilgreint efni eftir notkun. Hvert þeirra er sjálfstætt efnislögmál; teygjuplast-, seigfjaður- og skriðlíkön nota línulega fjaðurfræði í sama efni fyrir fjaðurhlutann (ofurfjaðurfræði notar sitt eigið formbreytingarorkufall og vísar því ekki í línulegan fjaðurstífleika). Í varmaleiðnigreiningu eru þéttleiki, eðlisvarmi og varmaleiðni úthlutað stökum.

Í burðargreiningu hefur skilgreining í stýrigögnum greiningar forgang ef efni með sama heiti er skilgreint bæði í möskvagögnum og stýrigögnum. Efnisgreining í möskvagögnunum sjálfum er þó enn nauðsynleg; þegar efni með sama heiti er skilgreint í stýrigögnunum er ekki vísað í gildin í möskvagögnunum og þau geta því verið staðgengilsgildi. Í varmaleiðnigreiningu er hins vegar ekki stutt að tilgreina efni í stýrigögnum greiningar og gildin í möskvagögnunum eru notuð óbreytt.

Stuðning eftir greiningartegund má draga saman þannig. Línuleg stöðugreining, eiginsveiflugreining og línuleg hreyfigreining nota línulega fjaðurfræði. Ólínuleg stöðu- og hreyfigreining með þrívíðum samfelldum rúmstökum getur notað ofurfjaðurfræði, teygjuplast, seigfjaðurfræði, skrið og notandaskilgreind efni á grunni línulegrar fjaðurfræði. Varmaleiðnigreining notar þéttleika, eðlisvarma og varmaleiðni í stað burðarefnislíkana. Yfirlit greiningartegunda er í Greiningartegundum.

Einnig eru takmarkanir eftir stakategund. Þrívíð samfelld rúmstök geta notað ólínuleg efnislíkön í burðargreiningu. Flatarspennu-, flatarformbreytingar- og ássamhverf stök nota fyrst og fremst línulega fjaðurfræði; þessar tvívíðu stakafjölskyldur styðja ekki teygjuplast, ofurfjaðurfræði, seigfjaðurfræði eða skrið. Skelstök styðja línulega fjaðurfræði og má tilgreina sem eins lags eða lagskipt, jafn- eða stefnuvirk. Skelstök styðja ekki teygjuplast, ofurfjaðurfræði, seigfjaðurfræði eða skrið. Viðmótsstök eru notuð til að líkja eftir varmaflutningi og geislun yfir bil í varmaleiðnigreiningu; bilfæribreytur eru tilgreindar á gagnalínu !SECTION, ekki sem efnisgögn. Sjá einnig Stakasafn fyrir dæmi um tengingu við stakahópa og lagskipt inntak.

Eftirfarandi tafla dregur saman tiltæk efnislíkön eftir stakategund.

(Tákn: ○ tiltækt / — ekki stutt). Fyrir viðmótsstök eru varmaeiginleikar fyrir varmaflutning og geislun yfir bil tilgreindir með !SECTION.

Tvær leiðir eru til að skilgreina efni. Í möskvagögnum tengir !SECTION stakahóp við efnisheiti en !MATERIAL og !ITEM skilgreina efniseiginleika. Í stýrigögnum greiningar eru efnislíkön skilgreind með því að setja !MATERIAL, !ELASTIC, !HYPERELASTIC og sambærileg lykilorð inn í !PLASTIC-blokk. Ef !MATERIAL er skilgreint í stýrigögnum greiningar er sú skilgreining notuð í stað samnefndrar efnisgreiningar í möskvagögnum. Nánar um !SECTION og !MATERIAL í möskvagögnum er í !SECTION (möskvagögn) og !MATERIAL (möskvagögn). Um efnisblokk stýrigagna er vísað í !MATERIAL (stýrigögn greiningar).

Val efnislíkans¶

Við val efnislíkans skal fyrst meta hvort línuleg fjaðurfræði nægi. Notið línulega fjaðurfræði þegar formbreyting er lítil, spenna fer ekki yfir flotmörk og ekki þarf að taka tillit til tímaháðrar slökunar eða skriðs. Veljið ofurfjaðurfræði fyrir fjaðursvörun við stórar formbreytingar, teygjuplast fyrir plastíska formbreytingu eftir flot, seigfjaðurfræði fyrir efni með slökunartíma og skrið fyrir formbreytingu sem eykst við langtímaálag.

Þegar hitastigshæði er nauðsynleg skal athuga stuðning hvers efnislíkans. Línuleg fjaðurfræði, skrið og varmaþenslustuðull styðja hitastigsháðar töflur. Seigfjaðurfræði notar hitastigshliðrun með !TRS í stað hitastigsbrúunar Prony-stuðlanna sjálfra. Fyrir teygjuplast eru hitastigsháðar töflur tiltækar þegar marglínuleg hersla er notuð með Mises-floti. Mohr–Coulomb og Drucker–Prager styðja ekki hitastigshæði.

Þegar stefnuvirkni eða lagskipting er nauðsynleg skal einnig taka tillit til stakategundar. Rúmstök styðja réttstefna línulega fjaðurfræði. Innan línulegrar fjaðurfræði styðja skelstök jafnstefn einslags, stefnuvirk einslags, jafnstefn lagskipt og stefnuvirk lagskipt efni. Ólínuleg efnislíkön má ekki nota með skelstökum.

Fyrir nær óþjappanleg efni skal ekki setja Poisson-hlutfallið 0.5. FrontISTR styður ekki fullkomlega óþjappanlegt efni. Í stórformbreytingarverkefnum þar sem óþjappanleiki hefur mikil áhrif skiptir val stakaframsetningar einnig máli; athugið einnig framsetningarvalkosti í Stakasafninu.

Línuleg fjaðurfræði¶

Línuleg fjaðurfræði er grundvallarefnislíkan burðargreiningar FrontISTR. Línuleg stöðugreining, eiginsveiflugreining og línuleg hreyfigreining nota línulega fjaðurfræði. Þegar teygjuplast, seigfjaðurfræði eða skrið er notað er línuleg fjaðurfræði einnig skilgreind í sama efni fyrir fjaðurhlutann. → Nánar í !ELASTIC.

Fyrir jafnstefna línulega fjaðurfræði skal tilgreina Young-stuðul og Poisson-hlutfall. Þegar hitastigshæði er nauðsynleg má setja Young-stuðul og Poisson-hlutfall fram í töflu sem föll af hitastigi. Fyrir réttstefni skal tilgreina alls níu óháða fasta: Young-stuðla í þremur stefnum, þrjú Poisson-hlutföll og þrjá skerstuðla. Þar sem réttstefni krefst efnishnitakerfis skal tilgreina staðbundið hnitakerfi í samsvarandi !SECTION.

Til að tilgreina línulega fjaðurfræði í möskvagögnum skal sameina !SECTION og !MATERIAL. Í eftirfarandi dæmi er efninu ALL úthlutað rúmstakahópnum M1; ITEM=1 skilgreinir Young-stuðul og Poisson-hlutfall, ITEM=2 massþéttleika og ITEM=3 línulegan varmaþenslustuðul.

!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

Fyrir skelstök eru bæði einslags og lagskiptar skilgreiningar tiltækar innan línulegrar fjaðurfræði. Notið SUBITEM=4 fyrir einslags jafnstefnt efni og SUBITEM=9 fyrir einslags stefnuvirkt efni. Fyrir lagskiptingu skal setja efnisfasta og lagavægi allra laga í sama !ITEM. Lagavægi eru staðluð með summu þeirra og notuð sem heildunarvægi í gegnum þykktina. Eðlisþykkt allrar skeljarinnar er tilgreind með þykktinni í !SECTION, TYPE=SHELL.

Eftirfarandi er dæmi um einslags skel með jafnstefnu efni.

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

Eftirfarandi er dæmi um tveggja laga skel með jafnstefnum efnum.

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

Eftirfarandi er dæmi um einslags skel með stefnuvirku efni. Stefnuvirknishornið er tilgreint í gráðum.

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

Eftirfarandi er dæmi um tveggja laga lagskipta skel með stefnuvirkum efnum.

!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

Ofurfjaðurfræði¶

Ofurfjaðurfræði er ólínulegt fjaðurefnislíkan þar sem spenna er skilgreind út frá formbreytingarorkufalli. Hún er notuð fyrir gúmmílík efni sem fara aftur í upprunalegt form eftir afhleðslu jafnvel eftir stóra formbreytingu. Í inntakinu skal tilgreina !MATERIAL inni í !HYPERELASTIC-blokk. → Nánar í !HYPERELASTIC.

FrontISTR styður eftirfarandi ofurfjaðurfræðilíkön. OGDEN-líkanið er ekki stutt.

Ofurfjaðurfræði notar stuðulinn \(D\) sem tengist rúmmálsbreytingu til að lýsa þjappanleika. Fullkomlega óþjappanleg efni eru ekki studd, þannig að ekki skal nota forskrift sem samsvarar Poisson-hlutfalli \(\nu=0.5\). Fyrir nær óþjappanleg efni þarf að velja bæði stuðla ofurfjaðurfræðilíkansins og stakaframsetninguna.

Ofurfjaðurfræði er sjálfgefið meðhöndluð innan Total Lagrange-rammans. Skilgreiningar formbreytingarorkufalls, spennu og snertilstífleika eru í Ofurfjaðurfræði (fræði).

Teygjuplast¶

Teygjuplast aðskilur fjaður- og plastsvið með flotfalli og lýsir svörun eftir flot með herslulögmáli. Í inntakinu skal sameina !MATERIAL og !ELASTIC í sömu !PLASTIC-blokk. → Nánar í !PLASTIC.

Í FrontISTR er teygjuplastlíkan tilgreint með samsetningu flotfalls og herslulögmáls. Stuðningurinn er eftirfarandi.

Marglínuleg hersla með Mises-floti styður hitastigsháðar töflur. Tvílínuleg hersla, Swift-hersla, Ramberg–Osgood-hersla, hreyfiherstla og samsett hersla með Mises-floti eru metin sem fastar framsetningar. Mohr–Coulomb og Drucker–Prager styðja ekki hitastigshæði. Þegar marglínuleg hersla er notuð verður inntakið að tryggja að plastísk formbreyting sé ekki neikvæð og að fyrsta plastíska formbreytingin sé 0.

Skel-, flatarspennu-, flatarformbreytingar- og ássamhverf stök styðja ekki teygjuplast. Notið þrívíð samfelld rúmstök fyrir teygjuplastísk efni.

Teygjuplast er sjálfgefið meðhöndlað innan Updated Lagrange-rammans. Ef !PLASTIC er tilgreint fyrir INFINITESIMAL er það meðhöndlað sem efnislögmál smáformbreytinga. Spennuuppfærsla notar heildun byggða á afturvörpun; reiknirit er lýst í Teygjuplast (fræði).

Seigfjaðurfræði¶

Seigfjaðurfræði er efnislíkan sem bætir tímaháðri slökun við fjaðursvörun. FrontISTR notar almennt Maxwell-líkan sem Prony-röð. Skilgreinið !MATERIAL og !ELASTIC í sömu !VISCOELASTIC-blokk. → Nánar í !VISCOELASTIC.

Fyrir Prony-röð skal tilgreina pör slökunarstuðla og slökunartíma á mörgum línum. Ekki má tilgreina slökunartíma 0. Til að taka tillit til hitastigshæðar skal setja !TRS á eftir !VISCOELASTIC og tilgreina hitastigshliðrunarstuðul. → Nánar í !TRS.

Hitastigshliðrun styður WLF- og Arrhenius-form, sem bæði skilgreina hliðrunarstuðulinn \(A\) sem fall af greiningarhitastigi \(\theta\) og viðmiðunarhitastigi \(\theta_0\). Í báðum tilvikum gefur inntakið tvo efnisfasta (C1, C2) og viðmiðunarhitastig, en merking þeirra ræðst af valda hliðrunarlíkaninu (tveir stuðlar Williams–Landel–Ferry-jöfnunnar fyrir WLF-formið og tveir stuðlar tengdir virkjunarorku fyrir Arrhenius-formið). Sértæk föll og leiðsla hliðrunarstuðulsins eru í fræðihandbókinni Seigfjaðurfræði.

Skrið¶

Skrið er efnislíkan fyrir formbreytingu sem eykst með tíma undir föstu álagi eða fastri spennu. !CREEP í FrontISTR styður Norton-lögmálið. Skilgreinið !MATERIAL og !ELASTIC í sömu !CREEP-blokk. → Nánar í !CREEP.

Í Norton-lögmálinu er skriðformbreytingarhraði settur fram með veldislögmáli af jafngildri spennu, tíma og efnisföstunum \(A\), \(n\) og \(m\) (sjá fræðihandbókina Skrið um sértæka fallformið). Efnisfastarnir styðja hitastigsháðar töflur og því má tilgreina gildi fyrir hvert hitastig.

!CREEP fyrir TYPE=USER er ekki stutt. Notið notandaskilgreint efni þegar sérsniðið efnislögmál sem inniheldur skrið er útfært.

Efniseiginleikar fyrir varmaleiðnigreiningu¶

Varmaleiðnigreining skilgreinir þéttleika, eðlisvarma og varmaleiðni í stað fjaður- og plastefna burðargreiningar. Fyrir tengi-, flatar-, rúm- og skelstök skal nota !MATERIAL–ITEM=1 í möskvagögnum 3. Varmaeiginleika má gefa sem hitastigsháðar töflur.

Í eftirfarandi dæmi eru þéttleiki, eðlisvarmi og varmaleiðni skilgreind fyrir efnið M1 sem hitastigsháð gögn. Eftir að SECTION úthlutar efninu ALL til rúmstakahópsins M1 gefur !MATERIAL með ITEM=1 þéttleika, ITEM=2 eðlisvarma og ITEM=3 varmaleiðni, hvert parað við hitastig.

!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.

Fyrir viðmótsstök eru efnisgögn ekki notuð; gagnalína !SECTION, TYPE=INTERFACE tilgreinir bilbreidd, varmaflutningsstuðul bils og geislunarstuðla.

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

Fyrir varmaleiðnigreiningu skelstaka eru varmaeiginleikar tilgreindir með efni !MATERIAL, eins og fyrir rúmstök. Skelþykkt og fjöldi heildunarpunkta í gegnum þykkt eru tilgreind á !SECTION-hliðinni.

Varmaspennugreining skilgreinir línulegan varmaþenslustuðul til að reikna varmaformbreytingu úr hitastigssviðinu. Jafnstefnir og réttstefnir varmaþenslustuðlar eru studdir, þar með talið hitastigshæði. → Nánar í !EXPANSION_COEFF. Um massþéttleika fyrir burðar- eða hreyfigreiningu á stýrigagnahlið er vísað í !DENSITY. Þéttleiki fyrir varmaleiðnigreiningu er tilgreindur með !MATERIAL ITEM=1 í möskvagögnum eins og hér er sýnt.

Notandaskilgreind efni¶

Notandaskilgreind efni gera kleift að útfæra í ytra undirforriti efnislögmál sem innbyggð efnislíkön FrontISTR geta ekki lýst. Í inntakinu tilgreinir !USER_MATERIAL fjölda ástandsbreyta og notandafasta. → Nánar í !USER_MATERIAL.

!USER_MATERIAL er sjálfgefið meðhöndlað sem efnislögmál af Updated-Lagrange-gerð og sem Total-Lagrange-gerð þegar KIRCHHOFF er tilgreint. Fjöldi ástandsbreyta er tilgreindur með NSTATUS. Allt að 100 notandafasta má senda á gagnalínum. Þessir fastar og ástandsbreytur eru notaðir sem innri breytur efnislögmálsins í undirforriti notandans.

Með !USER_MATERIAL skal útfæra efnislögmálið sjálft í uMatlMatrix og uUpdate. uMatlMatrix skilar snertilstífleika efnisins og uUpdate uppfærir spennu og ástandsbreytur. Fyrir notandafjaðurfræði við smáformbreytingu skal nota !ELASTIC, TYPE=USER; fyrir notandaofurfjaðurfræðilíkan !HYPERELASTIC, TYPE=USER og útfæra fjaðursvörunina í uElasticMatrix og uElasticUpdate. Fyrir notandaskilgreint flotfall skal nota !PLASTIC, YIELD=USER og útfæra teygjuplastískan snertilstífleika og afturvörpun.

Tengd efni¶

• Greiningartegundir — Greiningartegundir þar sem efnislíkön má nota
• Stakasafn — Stakategundir og stakaframsetningar sem efnum er úthlutað á
• Efnislögmál (fræði) — Efnisjöfnur og spennuuppfærslur fyrir hvert efnislíkan
• !MATERIAL (möskvagögn) — Efniseiginleikatöflur á möskvagagnahlið
• !SECTION (möskvagögn) — Tenging milli stakahópa og efnisheita
• !MATERIAL (stýrigögn greiningar) — Efnisblokkir á stýrigagnahlið greiningar
• !ELASTIC — Línulega fjaðurkennt efni
• !HYPERELASTIC — Ofurfjaðurkennt efni
• !PLASTIC — Teygjuplastískt efni
• !VISCOELASTIC — Seigfjaðurkennt efni
• !TRS — Hitastigshliðrun fyrir seigfjaðurfræði
• !CREEP — Skriðefni
• !DENSITY — Massþéttleiki notaður í burðar- og hreyfigreiningu
• !EXPANSION_COEFF — Línulegur varmaþenslustuðull
• !USER_MATERIAL — Notandaskilgreint efni