Odkrywanie właściwości materiałów w Midas NFX

Midas NFX, wiodące oprogramowanie do Analizy Metodą Elementów Skończonych (FEA), oferuje wszechstronną gamę materiałów do symulacji i analizy zachowań strukturalnych oraz termalnych. Materiały w midas NFX można szeroko sklasyfikować na materiały strukturalne i przewodnictwa, z każdym z nich oferując unikalne właściwości kluczowe dla dokładnych symulacji. W tym artykule zgłębione zostaną szczegóły tych materiałów, ich właściwości i zastosowania w ramach tego oprogramowania.

Materiały strukturalne

Właściwości materiałów elastycznych

Midas NFX obsługuje różne rodzaje materiałów elastycznych, takie jak izotropowe, ortotropowe i anizotropowe. Dodatkowo, dostępne są materiały sztywne dla wygody w obliczeniach. Relacje między tymi materiałami a elementami, do których można je używać, są podsumowane w Tabeli 4.1.1.

Materiały Izotropowe: Zachowujące identyczne właściwości we wszystkich kierunkach, materiały izotropowe są wszechstronne i mogą być stosowane do różnych elementów, takich jak pręty, belki, rury, membrany, powłoki i bryły.

Materiały Ortotropowe: Wykazujące symetrię właściwości materialnych wokół trzech prostopadłych płaszczyzn, materiały ortotropowe znajdują zastosowanie w warunkach naprężeń dwu- i trójwymiarowych.

Materiały Anizotropowe: Pozwalające na jeszcze większą dostosowalność, materiały anizotropowe są dostępne dla elementów o kształcie trójwymiarowym.

Materiały Sztywne: Symulujące ciało sztywne bez odkształceń sprężystych, materiały sztywne są zamieniane na sztywne elementy w oprogramowaniu, co upraszcza obliczenia. Materiały te zachowują cechy, takie jak moduł sprężystości i współczynnik Poissona.

Właściwości materiałów plastycznych

Midas NFX wprowadza modele materiałów plastycznych do symulacji nieelastycznych, szczególnie w zakresie elastoplastycznym. Teoria elastoplastyczna zastosowana w oprogramowaniu nie uwzględnia zależności od prędkości odkształcenia lub temperatury. Odkształcenie plastyczne jest generowane, gdy naprężenie przekroczy zakres sprężystości, a wzrost naprężenia odzwierciedla jedynie odkształcenie sprężyste.

Warunek plastyczności von Misesa: Ten szeroko stosowany warunek zakłada plastyczność, gdy drugi niezmiennik naprężenia dewiacyjnego osiągnie określoną wartość, dzięki czemu nadaje się do wyrażania plastycznych zachowań materiałów metalowych.

Modele hartowania: Dla warunku plastyczności von Misesa obsługiwane są izotropowe, kinematyczne i kombinowane modele hartowania. Modele te uwzględniają ekspansję i ruch powierzchni plastyczności podczas odkształcenia plastycznego.

Krzywa hartowania: Uzyskana z eksperymentów krzywa hartowania reprezentuje właściwości materiału plastycznego, umożliwiając dokładne symulacje zachowania materiału w różnych warunkach.

Właściwości materiałów hipersprężystych

Materiały hipersprężyste zachowują odkształcenia sprężyste przy znacznych deformacjach. Midas NFX obsługuje modele wielomianowe, Ogdena i Blatza-ko dla hipersprężystości, z funkcjami do uzyskiwania stałych materiałowych z zależności naprężenie-odkształcenie.

Model Ogdena: Zdefiniowany na podstawie głównych naprężeń, model Ogdena może wyrażać modele Mooney-Rivlin lub neo-Hookean. Obejmuje on parametry takie jak stopień materiału i początkową sztywność na ścinanie.

Model Blatz-ko: Model ten, stosowany głównie w przypadku materiałów piankowych, charakteryzuje się słabszą nieściśliwością. Stałą materiałową w tym modelu jest początkowa sztywność na ścinanie.

Materiały przewodzące

Właściwości materiałów przewodzących

Materiały przewodzące w midas NFX są podzielone na materiały izotropowe i anizotropowe i są połączone z materiałami strukturalnymi w celu zdefiniowania materiałów
Materiał izotropowy: Używane zarówno dla elementów strukturalnych, jak i przewodzących, materiały izotropowe wykazują spójne właściwości we wszystkich kierunkach.
Materiał anizotropowy: Specyficzne dla ortotropowych i anizotropowych materiałów strukturalnych 2D i 3D, anizotropowe materiały przewodzące pozwalają na ulepszone symulacje termiczne.

Materiały kompozytowe

Teoria laminacji materiałów kompozytowych

Midas NFX wykorzystuje teorię laminacji dla warstwowych elementów powłokowych, obliczając siły wewnętrzne i sztywność materiałów kompozytowych. Teoria ta polega na określeniu średnich właściwości materiału dla laminowanych warstw materiałów anizotropowych.

Założenia: Całkowite przyleganie warstw, brak grubości dla wiązań klejowych i liniowy rozkład odkształceń w kierunku grubości.

Analiza wytrzymałości laminowanych płyt kompozytowych opiera się na kryteriach zniszczenia, przy czym midas NFX oferuje różne opcje, w tym maksymalne naprężenie, maksymalne odkształcenie, kryteria zniszczenia Tsai-Hill, Hoffman, Tsai-Wu i NASA LaRC02.

Nieinteraktywne kryteria uszkodzeń: Kwadratowe kryteria zniszczenia i rozszerzające się izotropowe kryteria zniszczenia von-Misesa.

Kryteria uszkodzeń LaRC02: Opracowane w oparciu o kryteria Hashina, dostarczające informacji o uszkodzeniach dla każdej warstwy i materiałów składowych.

Wnioski

Podsumowując, midas NFX zapewnia solidny i wszechstronny zestaw materiałów dla inżynierów i analityków. Zdolność oprogramowania do symulacji szerokiego zakresu zachowań materiałów, od sprężystych po plastyczne i hiper-sprężyste, wraz z integracją materiałów przewodzących, czyni go wszechstronnym zestawem narzędzi do radzenia sobie z różnorodnymi wyzwaniami strukturalnymi i termicznymi. Wraz z postępem technologicznym, midas NFX nadal ewoluuje, zapewniając, że pozostaje w czołówce oprogramowania FEA, zapewniając profesjonalistom precyzję i elastyczność w symulacjach.