Anhang C: MCT-Zustandsvariablen für Verbundmaterialien

Ansichtsdetails der MCT-Zustandsvariablen für Verbundmaterialien

Dieser Anhang bietet eine Beschreibung aller lösungsabhängigen MCT-Zustandsvariablen. Es gibt insgesamt 35 MCT-Zustandsvariablen für unidirektionale Verbundwerkstoffe und 90 MCT-Zustandvariablen für gewebte Verbundwerkstoffe in Abaqus/Standard. Es gibt 17 Zustandsvariablen für unidirektionale Verbundwerkstoffe und 13 für gewebte Verbundwerkstoffe in Abaqus/Explicit. Analysen, bei denen die Funktion der progressiven Ermüdung verwendet wird, können 31 MCT-Zustandsvariablen für unidirektionale Materialien und 94 MCT-Zustandsvariablen für gewebte Materialien enthalten. Diese lösungsabhängigen Zustandsvariablen werden von dem Simulation Composite Analysis Benutzerdefinierten Material-Unterprogramm an jedem Integrationspunkt innerhalb jedes Finite-Elements berechnet oder aktualisiert.

Abaqus speichert die konvergierten Werte der lösungsabhängigen MCT-Zustandsvariablen in der gleichen Weise wie die Werte für typische Elementausgaben, z. B. Spannung und Dehnung. Die vorgabemäßige Benennungskonvention von Abaqus für die lösungsabhängigen MCT-Zustandsvariablen ist SDVi, wobei i=1,2,3,… die Anzahl der Zustandsvariablen ist, es sei denn, die MCT-Zustandsvariablen werden ausdrücklich die *DEPVAR-Anweisung in der Eingabedatei umbenannt. Dieser Anhang bietet eine vollständige Beschreibung aller MCT-Zustandsvariablen. Sowohl für unidirektionale Verbundwerkstoffe als auch für gewebte Verbundwerkstoffe wird die erste Zustandsvariable (SDV1) auf die gleiche Weise interpretiert. Die Interpretation der übrigen Zustandsvariablen (SDV2, SDV3, ...) hängt jedoch vom Typ des Verbundmaterials (unidirektional oder gewebt) und den Analyseoptionen ab. Die folgende Zeile beschreibt die einzelnen MCT-Zustandsvariablen für unidirektionale und gewebte Verbundmaterialien.

Anmerkung: Für jede Analyse wird eine eindeutige Datei (jobname.mct) erzeugt. Diese Datei enthält eine vollständige Liste der SDVs, die für die jeweilige Kombination aus den Materialkonstanten für jedes Material im Modell gelten. Diese Datei ist die beste Referenz für die Bedeutung der einzelnen SDVs.

SDV1

SDV1 (häufig in MAT_STATE umbenannt) ist eine Variable (reelle Zahl), die den jeweiligen Schadenszustand des Verbundmaterials darstellt. Angenommen wird eine endliche Anzahl von Einzelwerten zwischen 1 und 3. Die von SDV1 angenommene Anzahl an Einzelwerten und die Interpretation der einzelnen Werte hängen von der Art des Verbundmaterials (d. h. unidirektional oder gewebt) und den spezifischen Funktionen für Material-Nichtlinearität ab, die zum Beschreiben des Materialverhaltens verwendet werden. Die folgenden Tabellen enthalten die Interpretation für jeden zulässigen SDV1-Einzelwert für jede mögliche Kombination aus Verbundmaterialtyp und den spezifischen Funktionen für Material-Nichtlinearität.

Unidirektionale Verbundwerkstoffe – Statische Analysen

Bei unidirektionalen Verbundmaterialien werden die Statusvariablen SDV2, SDV3, ..., SDV35 für die statischen progressiven Schadensanalysen wie folgt interpretiert:

SDV2

SDV2 ist eine durchgehende Variable (reelle Zahl) in einem Bereich von 0.0 bis 1.0 und wird verwendet, um den erreichten Anteil des Matrixausfallkriteriums anzugeben. Beispiel: SDV2 = 0.0 bedeutet, dass der Matrixspannungszustand null ist, während SDV2 = 1.0 bedeutet, dass der Matrixspannungszustand das Ausfallniveau erreicht hat. Numerisch wird SDV2 berechnet als

, was als die linke Seite des Matrixausfallkriteriums erkannt wird (siehe im Theoriehandbuch den Abschnitt MCT, auf Konstituenten basierende Ausfallkriterien).

SDV3

SDV3 ist eine durchgehende Variable (reelle Zahl) in einem Bereich von 0.0 bis 1.0 und wird verwendet, um den erreichten Anteil des Faserausfallkriteriums anzugeben. Beispiel: SDV3 = 0.0 bedeutet, dass der Faserspannungszustand null ist, während SDV3 = 1.0 bedeutet, dass der Faserspannungszustand das Ausfallniveau erreicht hat. Numerisch wird SDV3 berechnet als

, was als die linke Seite des Faserausfallkriteriums erkannt wird (siehe im Theoriehandbuch den Abschnitt MCT, auf Konstituenten basierende Ausfallkriterien).

SDV4

SDV4 wird verwendet, um anzugeben, ob die Axialdehnung in den Faserkonstituenten positiv oder negativ war, als der Faserausfall aufgetreten ist. Wenn die Axialdehnung positiv war, SDV4 = 1.0. Wenn die Axialdehnung negativ war, SDV4 = -1.0.

SDV5

SDV5 ist der vierte Term im MCT-Matrixausfallkriterium und wird in der Funktion der Nichtlinearität vor Ausfall verwendet (siehe das Theoriehandbuch). Diese Zustandsvariable wird intern für Analysen in Abaqus/Explicit verwendet.

SDV6

Wenn die energiebasierte Degradation aktiviert ist, wird SDV6 als ein für den Verbundwerkstoff wirksames Dehnungsmaß bei Faserversagen definiert.

SDV7

Wenn die energiebasierte Degradation aktiviert ist, wird SDV7 als ein für den Verbundwerkstoff wirksames Spannungsmaß bei Faserversagen definiert.

SDV8

SDV8 ist ein Maß für den Fortschritt der Degradation des Verbundwerkstoffs nach einem Faserausfallereignis. Wenn die energiebasierte Degradation nicht aktiviert ist, wird SDV8 nicht verwendet.

SDV9

SDV9 ist definiert als ein für den Verbundwerkstoff wirksames Dehnungsmaß bei Matrixversagen. Wenn die energiebasierte Degradation nicht aktiviert ist, wird SDV9 nicht verwendet.

SDV10

SDV10 ist definiert als ein für den Verbundwerkstoff wirksames Spannungsmaß bei Matrixversagen. Wenn die energiebasierte Degradation nicht aktiviert ist, wird SDV10 nicht verwendet.

SDV11

SDV11 ist ein Maß für den Fortschritt der Degradation des Verbundwerkstoffs nach einem Matrixausfallereignis. Wenn die energiebasierte Degradation nicht aktiviert ist, wird SDV11 nicht verwendet.

Im Falle der unidirektionalen Verbundwerkstoffe werden die verbleibenden MCT-Zustandsvariablen verwendet, um die einzelnen Komponenten der durchschnittlichen Matrixspannungs- und -dehnungszustände sowie der durchschnittlichen Faserspannungs- und -dehnungszustände zu speichern.

Unidirektionale Verbundwerkstoffe – Progressive Ermüdungsanalysen

Bei unidirektionalen Verbundmaterialien werden die Zustandsvariablen SDV2, SDV3, ..., SDV35 für die progressiven Ermüdungsanalysen wie folgt interpretiert:

SDV2: SDV2 ist die Anzahl der Zyklen, die mit der angegebenen Belastungszunahme einhergehen. Dieser Wert wird immer aktualisiert, es sei denn, die Faser hat versagt (SDV1 = 3.0); in diesem Fall wird die Anzahl der Zyklen bis zum Versagen auf den Wert bei Faserversagen gesetzt.
SDV3: SDV3 ist eine fortlaufend reelle Variable von 0.0 bis 1.0 und wird verwendet, um Schäden in Form von Längsrissen anzugeben. Ein Wert von 0.0 gibt an, dass kein Schaden aufgetreten ist. Ein Wert von 1.0 zeigt einen Längsriss an.
SDV4: SDV4 ist eine fortlaufend reelle Variable von 0.0 bis 1.0 und wird verwendet, um Schäden in Form von Querrissen anzugeben. Ein Wert von 0.0 gibt an, dass kein Schaden aufgetreten ist. Ein Wert von 1.0 zeigt einen Querriss an.
SDV5: SDV5 steht für die Materialtemperatur für Längsrisse, die für Hysteresewärmeberechnungen verwendet wird.
SDV6: SDV6 steht für die Materialtemperatur für Querrisse, die für Hysteresewärmeberechnungen verwendet wird.
SDV7: Nicht verwendet

Bei einer progressiven Ermüdungsanalyse mit indirektionalen Materialien speichern SDV8 bis SDV31 die einzelnen Komponenten der Matrixdurchschnittsspannungs- und -dehnungszustände und der Faserdurchschnittsspannungs- und -dehnungszustände (was SDV12 bis SDV35 bei statischen Analysen entspricht).

Gewebte Verbundwerkstoffe – Statische Analysen

Bei gewebten Verbundmaterialien haben die Zustandsvariablen SDV2, SDV3, ..., SDV90 folgende Bedeutung für statische progressive Schadensanalysen:

SDV2: SDV2 (auch bekannt als FI_FILL_MATRIX) ist eine fortlaufend reelle Variable von 0.0 bis 1.0. Sie wird verwendet, um den Anteil des Matrixausfallkriteriums anzugeben, der für die Matrixkonstituente innerhalb der Schussgarne erfüllt wurde.
SDV3: SDV3 (auch bekannt als FI_FILL_FIBER) ist eine fortlaufend reelle Variable von 0.0 bis 1.0. Sie wird verwendet, um den Anteil des Faserausfallkriteriums anzugeben, der für die Faserkonstituente innerhalb der Schussgarne erfüllt wurde.
SDV4: SDV4 (auch bekannt als FI_WARP_MATRIX) ist eine fortlaufend reelle Variable von 0.0 bis 1.0. Sie wird verwendet, um den Anteil des Matrixausfallkriteriums anzugeben, der für die Matrixkonstituente innerhalb der Kettgarne erfüllt wurde.
SDV5: SDV5 (auch bekannt als FI_WARP_FIBER) ist eine fortlaufend reelle Variable von 0.0 bis 1.0. Sie wird verwendet, um den Anteil des Faserausfallkriteriums anzugeben, der für die Faserkonstituente innerhalb der Kettgarne erfüllt wurde.
SDV6: Nicht verwendet

Im Fall von gewebten Verbundwerkstoffen speichern die übrigen MCT-Zustandsvariablen die einzelnen Komponenten der Durchschnittsspannungs- und -dehnungszustände in den verschiedenen Superkonstituenten und Konstituenten (z. B. Schuss = Schussgarn-Superkonstituente, Kett = Kettgarn-Superkonstituente, Matrixtasche = Matrixkonstituente der Zwischengarn-Matrixtaschen, Schussmatrix = Matrixkonstituente des Schussgarns, Kettmatrix = Matrixkonstituente des Kettgarns, Schussfaser = Faserkonstituente des Schussgarns, Kettfaser = Faserkonstituente des Kettgarns).

Gewebte Verbundwerkstoffe – Progressive Ermüdungsanalysen

Bei gewebten Verbundmaterialien haben die Zustandsvariablen SDV2, SDV3, ..., SDV90 folgende Bedeutung für progressive Ermüdungsanalysen:

SDV2: SDV2 ist die Anzahl der Zyklen, die mit der angegebenen Belastungszunahme einhergehen. Dieser Wert wird immer aktualisiert, es sei denn, die Faser hat versagt (SDV1 = 3.0); in diesem Fall wird die Anzahl der Zyklen bis zum Versagen auf den Wert bei Faserversagen gesetzt.
SDV3: SDV3 ist eine fortlaufende reelle Variable von 0.0 bis 1.0. Sie wird verwendet, um die Schäden in Form von Längsrissen in der Schussmatrixkonstituente anzugeben. Ein Wert von 0.0 gibt an, dass kein Schaden aufgetreten ist. Ein Wert von 1.0 zeigt einen Längsriss in der Schussmatrix an.
SDV4: SDV4 ist eine fortlaufende reelle Variable von 0.0 bis 1.0. Sie wird verwendet, um die Schäden in Form von Querrissen in der Schussmatrixkonstituente anzugeben. Ein Wert von 0.0 gibt an, dass kein Schaden aufgetreten ist. Ein Wert von 1.0 zeigt einen Querriss in der Schussmatrix an.
SDV5: SDV5 ist eine fortlaufende reelle Variable von 0.0 bis 1.0. Sie wird verwendet, um die Schäden in Form von Längsrissen in der Kettmatrixkonstituente anzugeben. Ein Wert von 0.0 gibt an, dass kein Schaden aufgetreten ist. Ein Wert von 1.0 zeigt einen Längsriss in der Kettmatrix an.
SDV6: SDV6 ist eine fortlaufende reelle Variable von 0.0 bis 1.0. Sie wird verwendet, um die Schäden in Form von Querrissen in der Kettmatrixkonstituente anzugeben. Ein Wert von 0.0 gibt an, dass kein Schaden aufgetreten ist. Ein Wert von 1.0 zeigt einen Querriss in der Kettmatrix an.
SDV7: SDV7 steht für die Materialtemperatur für Längsrisse in der Schussmatrixkonstituente, die für Hysteresewärmeberechnungen verwendet wird.
SDV8: SDV8 steht für die Materialtemperatur für Querrisse in der Schussmatrixkonstituente, die für Hysteresewärmeberechnungen verwendet wird.
SDV9: SDV9 steht für die Materialtemperatur für Längsrisse in der Kettmatrixkonstituente, die für Hysteresewärmeberechnungen verwendet wird.
SDV10: SDV10 steht für die Materialtemperatur für Querrisse in der Kettmatrixkonstituente, die für Hysteresewärmeberechnungen verwendet wird.

Bei einer progressiven Ermüdungsanalyse mit gewebten Materialien speichern SDV11 bis SDV94 die einzelnen Komponenten der Durchschnittsspannungs- und -dehnungszustände in den unterschiedlichen Superkonstituenten und Konstituenten (was SDV7 bis SDV90 bei statischen Analysen entspricht).