Im Folgenden erfahren Sie, wie Helius PFA in MSC Nastran integriert ist.
In der Finite-Element-Analyse einer Verbundstruktur auf Strukturebene mit MSC Nastran dekomprimiert Helius PFA schnell und präzise das Durchschnittsspannungs-/-dehnungsfeld des Verbundwerkstoffs in Durchschnittsspannungs-/-dehnungsfelder der Konstituenten. Die Durchschnittsspannungszustände der Konstituenten werden von Helius PFA verwendet, um Schadensentwicklung und Materialausfall einzeln für jedes Konstituentenmaterial in der Mikrostruktur zu prognostizieren. Anschließend wird die aktuelle beschädigte Mikrostruktur homogenisiert, um eine genaue Analyse der aktuellen Durchschnittssteifheit des Verbundwerkstoffs zu liefern.
Helius PFA bietet erweiterte Funktionen für die Verbundwerkstoffmodellierung, ohne dabei erheblich die erforderliche Zeit zum Ausführen der Finite-Element-Analyse auf Strukturebene zu erhöhen. Wenn es zum Erweitern einer Finite-Element-Analyse auf Strukturebene verwendet wird, erhöht sich in aller Regel die erforderliche Zeit zum Durchführen einer einzelnen Gleichgewichtsiteration auf Strukturebene um nur zwei bis drei Prozent (ein sehr kleiner Preis für die höhere Lösungsgenauigkeit). Darüber hinaus wurde es speziell zur Verbesserung der Konvergenzrobustheit für progressive Ausfallsimulationen auf Strukturebene entwickelt. Aus diesem Grund gelingt es mit durch Helius PFA erweiterten Analysen eher, das gesamte Lastprotokoll mit insgesamt weniger Gleichgewichtsiterationen erfolgreich aufzulösen.
Die folgende Abbildung zeigt eine schematische Ansicht der einzelnen Komponenten von Helius PFAund ihre Interaktion mit den Komponenten von MSC Nastran. Die rechteckigen Blöcke zeigen Komponenten von MSC Nastran, während die Ovale einzelne Komponenten von Helius PFA darstellen. Das benutzerdefinierte Material-Unterprogramm (siehe Abbildung unten) berechnet Konstitutivbeziehungen und Spannungen für den Finite-Element-Code von MSC Nastran SOL 400. Das benutzerdefinierte Material-Unterprogramm enthält alle MCT-Konstitutivbeziehungen für die einzelnen Konstituenten (Faser und Matrix) und das homogenisierte Verbundmaterial. Darüber hinaus enthält das benutzerdefinierte Material-Unterprogramm die konstituentenbasierten Ausfallkriterien und die nichtlinearen Schadensalgorithmen der Konstituenten. Diese reduzieren die Steifheit der Konstituenten und des homogenisierten Verbundmaterials entsprechend dem aktuellen Schadenszustand des Verbundwerkstoffs. Der Finite-Element-Code von MSC Nastran SOL 400 ruft das benutzerdefinierte Material-Unterprogramm an jedem Gaußschen Integrationspunkt in dem Modell auf, an dem Konstitutivbeziehungen oder Spannungen angefordert werden.
In der folgenden Abbildung speichert die Verbundmaterialbibliothek alle Koeffizienten, die benötigt werden, um das MCT-Multiscale-Materialmodell vollständig zu definieren. Bevor ein bestimmtes Verbundmaterial in einem Finite-Element-Modell benutzt werden kann, das durch Helius PFA erweitert wurde, muss dieses Material einer MCT-Materialcharakterisierung unterzogen werden und eine eindeutige Materialdatei muss der Verbundmaterialbibliothek hinzugefügt werden. Wie in der folgenden Abbildung gezeigt, öffnet und liest das benutzerdefinierte Material-Unterprogramm die Verbundmaterialbibliothek zum Extrahieren der erforderlichen Materialkoeffizienten für alle Verbundmaterialien, die im Modell verwendet werden. Beachten Sie, dass die Materialbibliotheken nicht für kohäsive Materialien von Helius PFA erforderlich sind. 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 Massendatendatei definiert.
