Im Folgenden erfahren Sie, wie Simulation Composite Analysis in ANSYS integriert ist.
In der Finite-Element-Analyse einer Verbundstruktur auf Strukturebene mit ANSYS dekomprimiert Simulation Composite Analysis schnell und präzise das Durchschnittsspannungs-/-dehnungsfeld des Verbundwerkstoffs in Durchschnittsspannungs-/-dehnungsfelder der Konstituenten. Die Durchschnittsspannungszustände der Konstituenten werden von der Software verwendet, um Schadensentwicklung und Materialausfall einzeln für jedes Konstituentenmaterial (Faser und Matrix) zu prognostizieren. Anschließend wird die aktuelle beschädigte Mikrostruktur homogenisiert, um eine genaue Bewertung der aktuellen Durchschnittssteifheit des Verbundwerkstoffs für die Verwendung in der Finite-Element-Analyse auf Strukturebene zu ermöglichen. Simulation Composite Analysis bietet diese erweiterten Funktionen für die Verbundwerkstoffmodellierung, ohne dabei erheblich die erforderliche Zeit zum Ausführen der Analyse zu erhöhen. Beispiel: Die Verwendung in Verbindung mit einer Finite-Element-Analyse auf Strukturebene erhöht in der Regel die Gesamtdauer der Berechnung um zwei bis drei Prozent (2-3 %). Dies ist eine sehr kleiner Preis für die höhere Lösungsgenauigkeit.
Die Abbildung unten zeigt eine schematische Darstellung der einzelnen Komponenten von Simulation Composite Analysis und ihre Interaktion mit den Komponenten von ANSYS. Die fetten Rechtecke bezeichnen die Komponenten des Finite-Element-Modellierungspakets von ANSYS, während in den Ovalen die einzelnen Komponenten von Simulation Composite Analysis dargestellt sind. Die grafische Benutzeroberfläche von Simulation Composite Analysis wird innerhalb von ANSYS Mechanical APDL aufgerufen und unterstützt Sie bei der Definition der ANSYS-Eingabedateibefehle, die während einer Finite-Element-Analyse mit Simulation Composite Analysis erforderlich sind.
Die vom Benutzer programmierbare Funktion von Simulation Composite Analysis (siehe Abbildung unten) berechnet die Konstitutivbeziehungen und Spannungen des Verbundwerkstoffs für die Verwendung im Finite-Element-Code von ANSYS. Es enthält alle MCT-Konstitutivbeziehungen für die einzelnen Konstituentenmaterialien (Faser und Matrix) und das homogenisierte Verbundmaterial. Darüber hinaus enthält die vom Benutzer programmierbare Funktion die Schadens- und Ausfallkriterien und die Algorithmen zur Degradation der Steifheiten der Konstituenten und das homogenisierte Verbundmaterial entsprechend dem aktuellen beschädigten Zustand jedes einzelnen Konstituentenmaterials. Der Finite-Element-Code von ANSYS ruft die vom Benutzer programmierbare Funktion an jedem Gaußschen Integrationspunkt in dem Modell auf, an dem Konstitutivbeziehungen oder Spannungen erforderlich sind.
In der Abbildung unten wird die Verbundmaterialdatenbank von Simulation Composite Analysis verwendet, um alle Materialkoeffizienten zu speichern, die für eine vollständige Definition des MCT-Multiscale-Materialmodells für verschiedene Verbundmaterialien erforderlich sind. Bevor ein bestimmtes Verbundmaterial in einem Finite-Element-Modell verwendet werden kann, das durch Simulation Composite Analysis erweitert wurde, muss das Verbundmaterial einer MCT-Charakterisierung unterzogen und seine Koeffizienten müssen in die Verbundmaterialdatenbank eingegeben werden. Wie unten gezeigt, öffnet und liest die vom Benutzer programmierbare Funktion von Simulation Composite Analysis die Verbundmaterialdatenbank zum Extrahieren der erforderlichen Materialkoeffizienten für alle Verbundmaterialien, die im Finite-Element-Modell verwendet werden. Beachten Sie, dass die Materialdatenbank nicht für kohäsive Materialien von Simulation Composite Analysis erforderlich ist. Da die Anzahl der erforderlichen Eingaben zum Definieren von kohäsivem Material viel kleiner ist als für die Definition eines Verbundwerkstoffs, wird das gesamte Material in der ANSYS-Eingabedatei definiert.
Zusätzlich zu den oben dargestellten Modulen enthält Simulation Composite Analysis ein zusätzliches Hilfsprogramm: Composite Material Manager. Composite Material Manager ist ein eigenständiges Programm, mit dem Sie neue Verbundmaterialien charakterisieren und diese der Verbundmaterialbibliothek hinzufügen können.