Definieren eines Simulation Composite Analysis Verbundmaterials

Verwenden Sie die entsprechenden Einträge, um die benutzerdefinierten Verbundmaterialien zu definieren.

Die Einträge, die ein benutzerdefiniertes Verbundmaterial in Simulation Composite Analysis kollektiv definieren, sind CONNECT SERVICE, GENUDS MATUSR und MATUDS. Beachten Sie die Einträge unten aus einer Massendatendatei von MSC Nastran, die ein benutzerdefiniertes Verbundmaterial in Simulation Composite Analysis angeben.

CONNECT SERVICE asca 'autodesk.asca'

GENUDS, asca

MATUSR, 9034, 1, 23
MATUDS, 9034, MATUSR, asca, UMAT
, REAL, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0,
,     , 0, 0, 0, 0, 0.01, 0.01, 0
,     , 0, 0,

Der Eintrag CONNECT SERVICE definiert die Dienstkennung und den Dienstnamen des benutzerdefinierten Dienstes. Dieser Eintrag muss wie oben angezeigt definiert werden, um eine Verbindung zur Benutzermaterial-Unterprogrammbibliothek von Simulation Composite Analysis herzustellen. Die Einträge GENUDS und MATUDS referenzieren die im Eintrag CONNECT SERVICE definierte Dienstkennung.

Der Eintrag GENUDS weist MSC Nastran an, die Materialdaten beim Start eines Lastfalls, beim Start einer Zunahme, am Ende einer Zunahme und am Ende eines Lastfalls an das Benutzerunterprogramm weiterzugeben.

Der Eintrag MATUSR definiert das benutzerdefinierte Materialmodell. 9034 ist die Material-ID in der Datei ASCAMatDB.xml im Materialverzeichnis. Weitere Informationen zur Materialkennzeichnungsnummer finden Sie in Anhang E. Die Zahl 1 gibt MSC Nastran an, dass die Spannungen und Dehnungen des Materials bezüglich des benutzerdefinierten Koordinatensystems angegeben werden. Die Zahl 23 weist MSC Nastran an, die Verformungsgradienten-, Drehungs- und Dehnungsverhältnisse an das Benutzerunterprogramm weiterzugeben.

Der Eintrag MATUDS definiert das verbesserte Materialmodell zur Verwendung mit Simulation Composite Analysis. 9034 ist die Material-ID in der Datei ASCAMatDB.xml im Materialverzeichnis. Das Feld MATUSR informiert MSC Nastran über den Namen des Materialeintrags. Das asca-Feld informiert MSC Nastran über den Gruppennamen für die CONNECT SERVICE-Anweisung. UMAT informiert MSC Nastran über den Namen des Benutzerunterprogramms, das mit dem Eintrag verknüpft ist. Das Schlüsselwort REAL gibt an, dass die folgenden Daten als Zeichentyp Real vorliegen. Die folgenden Felder stellen die Benutzermaterialkonstanten für das angegebene Material dar. Insgesamt werden die Benutzermaterialkonstanten vom Benutzermaterial-Unterprogramm von Simulation Composite Analysis verwendet, um die genaue Form von Multiscale-Beziehungen zu bestimmen, die für das Material verwendet werden.

Anmerkung: Es sind separate Einträge MATUSR und MATUDS für jedes Simulation Composite Analysis-Verbundmaterial erforderlich, das in Ihrer Analyse verwendet wird.

Benutzermaterialkonstanten

Bei allen Simulation Composite Analysis-Materialien muss die Anzahl der Benutzermaterialkonstanten zwischen 3 und 16 liegen. Die ersten drei Benutzermaterialkonstanten sind für alle Simulation Composite Analysis Materialien erforderlich. Anhang A enthält eine detaillierte Beschreibung jeder Benutzermaterialkonstante, einschließlich des Bereichs der zulässigen Werte für jede Konstante und der Auswirkungen, welclhe die Konstanten auf die zur Materialdarstellung verwendeten Multiscale-Konstitutivbeziehungen haben. Jede Benutzermaterialkonstante, die in der Regel in einer Analyse mit Simulation Composite Analysis definiert ist, ist nachstehend zusammen mit einer kurzen Beschreibung aufgelistet.

1. Einheitensystem – Die erste Benutzermaterialkonstante gibt das Einheitensystem an, das beim Berechnen der grundlegenden Beziehungen und Spannungen verwendet werden soll. Im Beispiel oben hat die erste Benutzermaterialkonstante den Wert 1, was darauf hinweist, dass Simulation Composite Analysis die grundlegenden Beziehungen und Spannungen in seinem vorgabemäßigen Einheitensystem (N/m/K) berechnen sollte. Außer einem angepassten (oder benutzerdefinierten) Einheitensystem gibt es drei andere Einheitensysteme (2 -> N/mm/K, 3 -> lb/in/R und 4 -> lb/ft/R), die über bestimmte Werte der ersten Benutzermaterialkonstante angefordert werden können. Weitere Informationen zum Definieren von benutzerdefinierten Einheitensystemen finden Sie unter Die HIN-Datei.
2. Hauptmaterial-Koordinatensystem – Simulation Composite Analysis berechnet Spannungen und stellt grundlegende Beziehungen im Hauptmaterial-Koordinatensystem des Verbundmaterials dar. Die zweite Benutzermaterialkonstante gibt die spezifische Ausrichtung des verwendeten Hauptmaterial-Koordinatensystems an.
   • Unidirektionale Mikrostrukturen: Das vorgabemäßige Hauptmaterial-Koordinatensystem ist auf die Richtung '1' in Faserrichtung ausgerichtet; die Richtungen '2' und '3' liegen hingegen in der Materialebene der Querisotropie. Diese Vorgabeausrichtung des Hauptmaterial-Koordinatensystems wird durch Festlegen der zweiten Benutzermaterialkonstante auf den Wert 1 ausgewählt. In Situationen, in denen der Modellerstellungsprozess dadurch bequemer oder einfacher wird, können Sie die Ausrichtung des Hauptmaterial-Koordinatensystems ändern, sodass Richtung '2' auf die Faserrichtung ausgerichtet ist, während die Richtungen '1' und '3' in der Ebene der Querisoptropie des Verbundmaterials liegen. Diese Alternativausrichtung des Hauptmaterial-Koordinatensystems wird durch Festlegen der zweiten Benutzermaterialkonstante auf den Wert 2 ausgewählt. Im Allgemeinen kennzeichnet der numerische Wert der zweiten Benutzermaterialkonstante die spezifische Hauptmaterialachse, die auf die Faserrichtung ausgerichtet ist.
   • Gewebte Mikrostrukturen: Das Vorgabe-Hauptmaterial-Koordinatensystem orientiert sich an Richtung '1', die auf die Schussgarnrichtung ausgerichtet ist, während Richtung '2' der Kettgarnrichtung und Richtung '3' der Richtung außerhalb der Ebene entspricht. Diese Vorgabeausrichtung des Hauptmaterial-Koordinatensystems wird durch Festlegen der zweiten Benutzermaterialkonstante auf den Wert 1 ausgewählt. In Situationen, in denen der Modellerstellungsprozess dadurch bequemer oder einfacher wird, können Sie die Ausrichtung des Hauptmaterial-Koordinatensystems ändern, sodass Richtung '2' auf die Schussgarnrichtung ausgerichtet ist, während Richtung '1' der Kettgarnrichtung entspricht. Diese Alternativausrichtung des Hauptmaterial-Koordinatensystems wird durch Festlegen der zweiten Benutzermaterialkonstante auf den Wert 2 ausgewählt. Darüber hinaus können Sie die Ausrichtung des Hauptmaterial-Koordinatensystems ändern, sodass Richtung '3' auf die Schussgarnrichtung ausgerichtet ist, während Richtung '2' der Kettgarnrichtung entspricht. Diese spezielle Ausrichtung des Hauptmaterial-Koordinatensystems wird ausgewählt, indem Sie die zweite Benutzermaterialkonstante auf den Wert 3 setzen. Im Allgemeinen kennzeichnet der numerische Wert der zweiten Benutzermaterialkonstante die spezifische Hauptmaterialachse, die auf die Schussgarnrichtung ausgerichtet ist.
3. Progressive Schadensanalyse – Die dritte Benutzermaterialkonstante aktiviert bzw. deaktiviert die Funktion für progressive Schadensanalyse des Produkts. Sofern die Funktion für progressive Schäden aktiviert ist, reduziert Simulation Composite Analysis die Elementsteifheit entsprechend der ausgewählten Schadensentwicklungsmethode, wenn das Versagen vom ausgewählten Ausfallkriterium prognostiziert wird. Wenn diese Funktion deaktiviert ist, bleibt die Elementsteifheit während der gesamten Analyse konstant. Dies wird häufig als lineare Analyse bezeichnet.
   • Unidirektionale Mikrostrukturen: Der Wert 1 aktiviert die Funktion für progressive Schadensanalyse, während der Wert 0 die Funktion für progressive Schadensanalyse deaktiviert.
   • Gewebte Mikrostrukturen: Der Wert 0 deaktiviert die Funktion für die progressive Schadensanalyse. Durch den Wert 1 wird die Funktion für progressive Schäden aktiviert; außerdem werden die Matrix- und Faserdegradationsebenen aus der Materialdatendatei zur Berechnung der Eigenschaften des ausgefallenen Materials verwendet. Durch den Wert 2 wird die Funktion für progressive Schäden aktiviert; außerdem werden die durch die 12. und 14. Benutzermaterialkonstante angegebenen Matrix- und Faserdegradationsebenen zur Berechnung der Eigenschaften des ausgefallenen Materials verwendet. Durch Auswahl des Werts 2 für normale Gewebe werden ca. 45 bis 60 Sekunden zur Vorverarbeitungszeit pro gewebtem Material hinzugefügt. Durch den Wert 1 wird keine Laufzeit während der Vorverarbeitung hinzugefügt, da die Eigenschaften des ausgefallenen Materials bereits in der Materialdatei gespeichert sind.
4. Nichtlinearität vor Ausfall (optional, nur für unidirektionale Verbundwerkstoffe, die das MCT-Ausfallkriterium verwenden) – Durch die 4. Benutzermaterialkonstante wird die Funktion für Nichtlinearität vor Ausfall des Produkts aktiviert bzw. deaktiviert. Durch den Wert 1 wird die Funktion der Nichtlinearität vor Ausfall aktiviert, während der Vorgabewert 0 die Funktion der Nichtlinearität vor Ausfall deaktiviert. Wenn die Funktion der Nichtlinearität vor Ausfall aktiviert ist, zieht Simulation Composite Analysis explizit die nichtlineare Längsschubspannungs-/-dehnungsreaktion in Betracht, die in der Regel in unidirektionalen faserverstärkten Verbundmaterialien beobachtet wird. Die Funktion der Nichtlinearität vor Ausfall erlegt der Längsschubsteifheit des Matrixkonstituentenmaterials eine Reihe von diskreten Reduktionen auf, sodass die nichtlineare Längsscherreaktion des Verbundmaterials weitgehend mit den experimentell gemessenen Daten übereinstimmt. Es sollte betont werden, dass sich die Funktion der Nichtlinearität vor Ausfall nur auf die Längsschermodule des Verbundwerkstoffs auswirkt (d. h. im Vergleich zu und im Vergleich zu ), während die Reaktionen der vier anderen Verbundspannungs- und -dehnungskomponenten durch diese Funktion nicht betroffen sind. Außerdem verändert die Funktion der Nichtlinearität vor Ausfall nicht das Scherspannungsniveau, bei dem der Verbundwerkstoff ausfällt. Sie bewirkt jedoch eine Gesamtzunahme der Längsschubverformung des Verbundwerkstoffs vor Ausfall.
5. Schadensentwicklungsmethode – Die 5. Benutzermaterialkonstante ermöglicht Ihnen, entweder die sofortige oder die energiebasierte Schadensentwicklungsmethode auszuwählen. Durch den Wert 0 wird die sofortige Degradation und durch den Wert 2 die energiebasierte Degradation aktiviert.
   • Sofortige Degradation: Wenn die Funktion der sofortigen Degradation aktiviert ist, reduziert Simulation Composite Analysis die Steifheit der Verbundmodule sofort auf ihre Minimalwerte. Es sollte betont werden, dass eine sofortige Degradation der Steifheit einer ausgefallenen Konstituente effektiv eine unterbrochene, stückweise Linearspannungs-/-dehnungsreaktion für die Konstituente und das Verbundmaterial bedeutet. Wenn diese Art der diskreten Materialreaktion unabhängig voneinander auf jeden einzelnen Integrationspunkt in einem großen Finite-Element-Modell angewandt wird, ist das Endergebnis eine allmähliche (oder progressive) Degradation der Steifheit der Verbundstruktur (daher der Name Progressive Schadensanalyse).
   • Energiebasierte Degradation (nur unidirektionale Materialien): Wenn die Funktion der energiebasierten Degradation aktiviert ist, reduziert Simulation Composite Analysis die Steifheit der Verbundmodule allmählich linear auf den Minimalwert, nachdem ein Ausfallereignis unter Beibehaltung der in der zwölften und dreizehnten Benutzermaterialkonstante angegebenen Energie erkannt wurde. Wenn dreidimensionale Elemente mit energiebasierter Degradation verwendet werden, stellt die 11. Benutzermaterialkonstante die durchschnittliche Dicke der dreidimensionalen Elemente dar. Nach dem Auslösen eines Ausfallkriteriums wird die Steifheit allmählich über eine Reihe von direkten Steifheitsverringerungen reduziert, die angewandt werden, sobald der Verbunddehnungszustand über den bei Ausfallbeginn vorhandenen Wert hinaus weiter zunimmt. Die spezifische betroffene Steifheit hängt vollständig von den Konstituentenausfällen ab, die ausgelöst wurden. Diese Funktion ist nur zum MCT-Ausfallkriterium und zu unidirektionalen Materialien kompatibel.
   Anmerkung: Wenn die Funktion für energiebasierte Degradation aktiviert ist, muss die Mindestanzahl der lösungsabhängigen MCT-Zustandsvariablen von 8 auf 12 erhöht werden.
6. Hydrostatische Verstärkung (optional, nur für unidirektionale Verbundwerkstoffe, die das MCT-Ausfallkriterium verwenden) – Durch die 6. Benutzermaterialkonstante wird die Funktion für hydrostatische Verstärkung des Produkts aktiviert bzw. deaktiviert. Durch den Wert 1 wird die Funktion der hydrostatischen Verstärkung aktiviert, während durch den Vorgabewert 0 die hydrostatische Verstärkung deaktiviert wird. Bei aktivierter hydrostatischer Verstärkung berücksichtigt Simulation Composite Analysis explizit die experimentell beobachtete Verstärkung des Verbundmaterials bei Anwesenheit einer hydrostatischen Druckspannung. Wenn die hydrostatische Druckspannung in der Matrixkonstituente einen Grenzwert überschreitet, wird die Stärke sowohl der Matrix- als auch der Faserkonstituente entsprechend dem hydrostatischen Druckspannungsniveau in der Matrixkonstituente nach oben skaliert.
7. Temperatur – Die siebte Benutzermaterialkonstante wird verwendet, um den Temperaturwert anzugeben, welcher der Umgebung in der Materialdatendatei (mdata-Datei) für die Analyse entspricht. Wenn beispielsweise die mdata-Datei Umgebungen enthält, die bei 600, 650 und 700 R charakterisiert sind, und der Wert der siebten Konstante 650 beträgt, werden die bei 650 R gespeicherten Eigenschaften in der Analyse verwendet. Der Temperaturwert wird zusammen mit der Feuchtigkeitsmarkierung (Benutzermaterialkonstante 16) verwendet, um die bei der Analyse verwendete Umgebung vollständig anzugeben. Wenn die mdata-Datei einen einzelnen Satz von Eigenschaften enthält, kann die siebte Benutzermaterialkonstante leer gelassen werden.

   Wenn der Wert der siebten Benutzermaterialkonstante auf -1.0 gesetzt wird, wird die Temperaturabhängigkeitsfunktion aktiviert. Bei aktivierter Temperaturabhängigkeit interpoliert das Produkt linear die Verbund- und Konstituenteneigenschaften für eine bestimmte Temperatur, die innerhalb der Grenzen des niedrigsten und höchsten Temperaturpunkts in der Materialdatei liegt. Bei Temperaturen unterhalb der niedrigsten gespeicherten Temperaturangabe verwendet Simulation Composite Analysis die bei der niedrigsten Temperaturangabe gespeicherten Materialeigenschaften (und extrapoliert Eigenschaften nicht über die begrenzenden gespeicherten Temperaturdatenpunkte hinaus). Das gleiche gilt für Temperaturen über der höchsten gespeicherten Temperaturangabe. Weitere Informationen zur Verwendung von temperaturabhängigen Materialeigenschaften in Simulation Composite Analysis finden Sie im Theoriehandbuch.

8. Ausfallkriteriumsmarkierung – Die 8. Materialkonstante gibt das Kriterium an, das zur Auswertung des Ausfallbeginns im Verbundmaterial verwendet werden soll. Bei unidirektionalen Verbundmaterialien gelten folgende Werte:

   -1. Benutzer

   0. MCT

   1. Max. Spannung

   2. Max. Dehnung

   3. Tsai-Hill

   4. Tsai-Wu

   5. Christensen

   6. Hashin

   7. Puck

   8. LaRC02

   Normale gewebte Verbundmaterialien können folgende Werte für die Kriteriumsmarkierung verwenden:

   -1. Benutzer

   0. MCT

   1. Max. Spannung

   2. Max. Dehnung

9. Zusatzkriteriumsparameter 1 – Benutzermaterialkonstante 9 wird verwendet, um Parameter für einige der Zusatzausfallkriterien anzugeben. Wenn Tsai-Wu ausgewählt ist, stellt diese Konstante den Kreuzproduktterm f* dar. Wenn Hashin ausgewählt ist, stellt diese Konstante den Beitrag der Längsscherspannung zum Faserausfallkriterium α dar.
10. Zusatzkriteriumsparameter 2 – Die Benutzermaterialkonstante 10 wird verwendet, um Parameter für einige der Zusatzausfallkriterien anzugeben. Wenn·Tsai-Wu ausgewählt ist, stellt diese Konstante die optionale Äquibiaxialspannung bei Ausfall (σ₁₁ und σ₂₂ kombiniert) dar. Dieser Wert kann auf null stehen bleiben, wenn er unbekannt ist.
11. Durchschnittliche Elementdicke / Degradationszeitraum – Hierbei handelt es sich um die Benutzermaterialkonstante 11. Bei Analysen mit energiebasierter Degradation stellt dieser Wert die durchschnittliche Elementdicke der dreidimensionalen (d. h. Festkörper-) Elemente dar, die dem Material zugeordnet sind. Die durchschnittliche Elementdicke wird bei Festkörperelementen zur Berechnung einer repräsentativen Elementlänge verwendet, die den Bereich des Elements in der Ebene einer Lage darstellt. Bei zweidimensionalen Elementen (d. h. Schalenelemente und Ebenenspannungselemente) wird dieser Wert ignoriert und sollte als 1.0 eingegeben werden.
    Anmerkung: Die durchschnittliche Elementdicke ist nur für Analysen mit energiebasierter Degradation verfügbar. Bei Analysen ohne energiebasierte Degradation wird dieser Wert ignoriert.
    Anmerkung: Die durchschnittliche Elementdicke ist nur für unidirektionale Verbundmaterialien verfügbar. Die elfte Benutzermaterialkonstante wird von gewebten Verbundwerkstoffen ignoriert.
12. Matrixsteifheit nach Ausfall / Matrixdegradationsenergie – Bei Analysen ohne energiebasierte Degradation ist die zwölfte Benutzermaterialkonstante ein Anteil, der zum Definieren der beschädigten Elastizitätsmodule der Matrixkonstituente verwendet wird, nachdem ein Matrixkonstituentenversagen aufgetreten ist. Genau gesagt ist der Wert das Verhältnis der ausgefallenen Matrixkonstituentenmodule zu den nicht ausgefallenen Matrixkonstituentenmodulen. Der Wert 0.1 bedeutet, dass nach einem Matrixversagen an einem Integrationspunkt alle sechs Matrixkonstituentenmodule (, , , , und ) auf 10 % der ursprünglichen unbeschädigten Matrixkonstituentenmodule reduziert werden. Der Wert für die Matrixsteifheit nach Ausfall muss größer als 0 und kleiner oder gleich 1 sein. Vorgabemäßig wird der Wert für die Matrixsteifheit nach Ausfall auf 0.1 gesetzt.

    Bei Analysen mit energiebasierter Degradation ist dieser Wert die vor und nach einem Matrixversagen verbrauchte Gesamtenergie unter Annahme einer linearen Abnahme der Verbundsteifheit nach einem Ausfallereignis. Genau gesagt werden die Verbundmaterialien , , , und nach einem Matrixausfallereignis gemäß dieser Energie, dem Verbundspannungszustand bei Faserversagen und dem Volumen des Elements zurückgestuft.

    Anmerkung: Wenn bei gewebten Verbundwerkstoffen die Matrixsteifheit nach Ausfall angegeben ist, muss die 3. Benutzermaterialkonstante (Progressive Schadensanalyse) auf den Wert 2 gesetzt werden. Wenn die dritte Konstante auf den Wert 1 gesetzt ist, wird die 12. Benutzerkonstante ignoriert.
13. Fasersteifheit nach Ausfall – Bei Analysen mit sofortiger Degradation ist die 13. Benutzermaterialkonstante ein Anteil, der zum Definieren der beschädigten Elastizitätsmodule der Faserkonstituente nach einem Faserkonstituentenausfall verwendet wird. Genau gesagt ist der Wert das Verhältnis der ausgefallenen Faserkonstituentenmodule zu den nicht ausgefallenen Faserkonstituentenmodulen. Der Wert 0.01 bedeutet, dass nach einem Faserversagen an einem Integrationspunkt alle sechs Faserkonstituentenmodule (, , , , und ) auf 1 % der ursprünglichen unbeschädigten Faserkonstituentenmodule reduziert werden. Der Wert für die Fasersteifheit nach Ausfall muss größer als 0 und kleiner oder gleich 1 sein. Der Vorgabewert der Fasersteifheit nach Ausfall wird automatisch auf 1E-06 gesetzt.
    Anmerkung: Wenn bei gewebten Verbundwerkstoffen die Fasersteifheit nach Ausfall angegeben ist, muss die 3. Benutzermaterialkonstante (Progressive Schadensanalyse) auf den Wert 2 gesetzt werden. Wenn die dritte Konstante auf den Wert 1 gesetzt ist, wird die 13. Benutzerkonstante ignoriert.
14. Faserdegradationsenergie – Bei Analysen mit energiebasierter Degradation ist die 14. Benutzermaterialkonstante die für ein Faserversagen verbrauchte Gesamtenergie unter Annahme einer linearen Degradation der Verbundsteifheit vor und nach einem Faserausfallereignis. Genau gesagt werden die Verbundmaterialien , und nach einem Faserausfallereignis gemäß dieser Energie, dem Verbundspannungszustand bei Faserversagen und dem Volumen des Elements linear zurückgestuft.
15. Benutzermaterialkonstante 15 – Die 15. Konstante wird nicht verwendet.
16. Feuchtigkeit – Die 16. Benutzermaterialkonstante wird verwendet, um die Feuchtigkeitsmarkierung anzugeben, die der Umgebung in der Materialdatendatei (mdata-Datei) entspricht, die bei der Analyse verwendet werden soll. Diese Konstante sollte für Umgebungsfeuchtigkeitsbedingungen auf 0, für trockene Feuchtigkeitsbedingungen auf 1 und für nasse Feuchtigkeitsbedingungen auf 2 gesetzt werden. Wenn beispielsweise die mdata-Datei Umgebungen enthält, die bei Umgebungs-, nassen und trockenen Feuchtigkeitsbedingungen charakterisiert werden, und der Wert der 16. Konstante auf 1 gesetzt wird, werden die Eigenschaften für trockene Feuchtigkeitsgehalte bei der Analyse herangezogen. Die Feuchtigkeitsmarkierung wird zusammen mit dem Temperaturwert (Benutzermaterialkonstante 7) verwendet, um die bei der Analyse zu verwendende Umgebung vollständig anzugeben. Wenn die mdata-Datei einen einzelnen Satz von Eigenschaften enthält, kann die 16. Benutzermaterialkonstante leer gelassen werden.