Verbundwerkstoff-Materialeigenschaften

Verbundwerkstoffmaterialien werden nur für Gehäuse- und Membranelemente verwendet. Um die Materialeigenschaften richtig einzugeben, müssen die Materialachsen im Dialogfeld Elementdefinition definiert werden. (Weitere Informationen finden Sie auf den Seiten Gehäuseelemente und Membranelemente.)

Wenn Sie in der Tabelle Komposite-Laminatstapelsequenz der Elementdefinition auf die Spalte Material klicken, wird das in Abbildung 1 dargestellte Dialogfeld Materialauswahl eingeblendet. Die Dropdown-Liste enthält alle Verbundwerkstoffmaterialien, die für die Schichten (Lagen) in einem beliebigen Bauteil des Modells verwendet wurden. Wählen Sie ein vorhandenes Material aus, und klicken Sie auf OK, um das ausgewählte Material der aktuellen Schicht hinzuzufügen.

Abbildung 1: Materialauswahl für Verbundelemente

Klicken Sie auf Hinzufügen, um die Benutzeroberfläche für die Standardmaterialbibliothek anzuzeigen. Wählen Sie ein Material aus einer vorhandenen Bibliothek, oder wählen Sie [Anwenderdefiniert], und geben Sie anwenderdefinierte Eigenschaften ein. Dadurch wird ein neues Material zur Liste der Verbundwerkstoffmaterialien für das Modell hinzugefügt. Wenn Sie ein Material auswählen und die Eigenschaften bearbeiten, können Sie einen Namen eingeben, der im Dropdown-Feld Name angezeigt wird. Beachten Sie, dass dieser Name (und die zugehörigen Eigenschaften) nicht außerhalb der Materialauswahl für das Verbundelement verwendet wird.

Wenn Sie auf die Schaltfläche Ändern klicken, wird ebenfalls die Benutzeroberfläche für die Standardmaterialbibliothek angezeigt, in der Sie ein vorhandenes Material auswählen oder ein [anwenderdefiniertes] Material verwenden können. Der Unterschied zwischen Ändern und Hinzufügen liegt darin, dass das ursprüngliche, in der Dropdown-Liste ausgewählte Material durch die neu eingegebenen Eigenschaften ersetzt (oder aktualisiert) wird, wenn die Schaltfläche Ändern verwendet wird.

Die Verbundwerkstoff-Materialeigenschaften sind unten aufgeführt. Je nach Elementtyp und Optionen sind möglicherweise nicht alle Eigenschaften des Materials erforderlich. Zusätzlich zu den weiter unten aufgeführten Eigenschaften kann es notwendig sein, einige isotrope Materialeigenschaften zu definieren.

Definition der in diesem Abschnitt verwendeten Symbole:

E_f	Elastizitätsmodul des Fasermaterials
E_m	Elastizitätsmodul des Matrixmaterials
G_f	Scher-Elastizitätsmodul des Fasermaterials
G_m	Scher-Elastizitätsmodul des Matrixmaterials
μ _f	Querdehnung des Fasermaterials
μ _m	Querdehnung des Matrixmaterials
V_f	Bruchteil des Gesamtvolumens des Fasermaterials
V_m	Bruchteil des Gesamtvolumens des Matrixmaterials (=1-V_f)

Elastische Eigenschaften

Elastizitätsmodul, lokale Achse 1 (E1): Das Elastizitätsmodul für die lokale Achse 1 ist die Neigung der Spannungs-/Dehnungskurve der lokalen Achse 1 eines Materials bis zur maximalen Proportionalität. Dies wird auch als Elastizitätsmodul der lokalen Achse 1 bezeichnet. Für einen Faserverbundwerkstoff kann außerdem die folgende Gleichung verwendet werden: E1 = V_f*E_f + V_m*E_m, wobei die Eigenschaften in der Richtung der lokalen Achse 1 liegen.
Elastizitätsmodul, lokale Achse 2 (E2): Das Elastizitätsmodul für die lokale Achse 2 ist die Neigung der Spannungs-/Dehnungskurve der lokalen Achse 2 eines Materials bis zur maximalen Proportionalität. Dies wird auch als Elastizitätsmodul der lokalen Achse 2 bezeichnet. Für einen Faserverbundwerkstoff kann außerdem die folgende Gleichung verwendet werden: E2 = V_f*E_f + V_m*E_m, wobei die Eigenschaften in der Richtung der lokalen Achse 2 liegen.
Die Querdehnung, lokaler Layer 12 (Haupt) (µ12) wird ermittelt, indem Sie die negative Querdehnung der lokalen Ebene 12 durch die axiale Dehnung in der lotrechten Richtung zur lokalen Ebene 12 für ein axial belastetes Element teilen. (µ12 = -Dehnungsrichtung 2/Dehnung in Richtung 1) Typische Werte für die Querdehnung liegen im Bereich 0.0 bis 0.5. Für ein Faserverbundwerkstoff kann die folgende Gleichung verwendet werden: μ₁₂ = V_f*µ_f + V_m* μ_m, wobei die Eigenschaften in der Ebene 12 gemessen werden. Die Querdehnung für den lokalen Layer 12 kann als Hauptquerdehnung bezeichnet werden.
Das Scherelastizitätsmodul, lokaler Layer 12 (G12): (in der Ebene des Elements) ist die Neigung der Scherspannung im Vergleich zur Scherdehnung des Layers 12 eines Materials bis zur maximalen Proportionalität. Es wird auch als Schubelastizitätsmodul bezeichnet. Für einen Faserverbundwerkstoff kann die folgende Gleichung verwendet werden: G₁₂ = (G_f x G_m) / (V_m x G_f + G_m x V_f)
Das Scherelastizitätsmodul, lokale Ebene 13: (senkrecht zum Element) ist die Neigung der Scherspannung im Vergleich zur Scherdehnung der Ebene 13 eines Materials bis zur maximalen Proportionalität. Es wird auch als Schubelastizitätsmodul bezeichnet. Diese Eigenschaft ist nur für Gehäuseelemente anwendbar.
Das Scherelastizitätsmodul, lokale Ebene 23: (senkrecht zum Element) ist die Neigung der Scherspannung im Vergleich zur Scherdehnung der Ebene 23 eines Materials bis zur maximalen Proportionalität. Es wird auch als Schubelastizitätsmodul bezeichnet. Diese Eigenschaft ist nur für Gehäuseelemente anwendbar.

Zulässige Spannungen

Zulässige Spannungen sind erforderlich, wenn Tsai-Wu- oder maximale Spannungsfehlerkriterien angegeben sind. Informationen zum Auswählen der Fehlerkriterien und zu den Gleichungen, die die Fehler steuern, finden Sie auf den Seiten Gehäuseelemente und Membranelemente.

Die zulässige Druckspannung der lokalen Achse 1 (Xc) ist eine Materialeigenschaft, die für verschiedene Fehlerkriterien in einer Verbundelement-Analyse verwendet wird. Beachten Sie, dass ein positiver Wert eingegeben werden muss.
Die zulässige Zugspannung der lokalen Achse 1 (Xt) ist eine Materialeigenschaft, die für verschiedene Fehlerkriterien in einer Verbundelement-Analyse verwendet wird.
Die zulässige Druckspannung der lokalen Achse 2 (Yc) ist eine Materialeigenschaft, die für verschiedene Fehlerkriterien in einer Verbundelement-Analyse verwendet wird. Beachten Sie, dass ein positiver Wert eingegeben werden muss.
Die zulässige Zugspannung der lokalen Achse 2 (Yt) ist eine Materialeigenschaft, die für verschiedene Fehlerkriterien in einer Verbundelement-Analyse verwendet wird.
Die zulässige Scherspannung des lokalen Layers 12 (S) ist eine Materialeigenschaft, die für verschiedene Fehlerkriterien in einer Verbundelement-Analyse verwendet wird.
Die Spannungsinteraktion F12 (Tsai Wu) ist eine Fehlerkriterieneigenschaft, die nur für die Tsai-Wu-Fehlertheorie verwendet wird. Sie ergibt sich aus biaxialen Tests. Wenn Sie keinen Wert eingeben, wird die folgende Gleichung verwendet:
Dabei gilt: F11 = 1/(Xt*Xc) und F₂₂ = 1/(Yt*Yc). Diese Bedingung muss erfüllt sein, um numerische Stabilität zu erreichen:

Zulässige Dehnungen

Zulässige Dehnungen sind erforderlich, wenn maximale Dehnungsfehlerkriterien angegeben sind. Informationen zum Auswählen der Fehlerkriterien und zu den Gleichungen, die die Fehler steuern, finden Sie auf den Seiten Gehäuseelemente und Membranelemente.

Die zulässige Druckbeanspruchung der lokalen Achse 1 (T_1c) ist eine Materialeigenschaft, die für verschiedene Fehlerkriterien in einer Verbundelement-Analyse verwendet wird. Diese Eigenschaft ist für beide Arten von Verbundelementen anwendbar. Beachten Sie, dass ein positiver Wert eingegeben werden muss.
Die zulässige Zugdehnung der lokalen Achse 1 (T_1t) ist eine Materialeigenschaft, die für verschiedene Fehlerkriterien in einer Verbundelement-Analyse verwendet wird. Diese Eigenschaft ist für beide Arten von Verbundelementen anwendbar.
Die zulässige Druckbeanspruchung der lokalen Achse 2 (T_2c) ist eine Materialeigenschaft, die für verschiedene Fehlerkriterien in einer Verbundelement-Analyse verwendet wird. Diese Eigenschaft ist für beide Arten von Verbundelementen anwendbar. Beachten Sie, dass ein positiver Wert eingegeben werden muss.
Die zulässige Zugdehnung der lokalen Achse 2 (T_2t) ist eine Materialeigenschaft, die für verschiedene Fehlerkriterien in einer Verbundelement-Analyse verwendet wird. Diese Eigenschaft ist für beide Arten von Verbundelementen anwendbar.
Die zulässige Scherdehnung der lokalen Ebene 1-2 (Ebene S) ist eine Materialeigenschaft, die für verschiedene Fehlerkriterien in einer Verbundelement-Analyse verwendet wird. Diese Eigenschaft ist für beide Arten von Verbundelementen anwendbar.

Biegesteuerung

Die Biegeeigenschaften werden standardmäßig aus den elastischen Eigenschaften berechnet. Um bestimmte Werte für die Biegeeigenschaften zu verwenden, aktivieren Sie das Kontrollkästchen Biegemodul, und geben Sie die folgenden Eigenschaften ein. Da Membranelemente keine Biegefähigkeit aufweisen, sind Eingaben zur Biegung nur für Gehäuse-Verbundelemente relevant.

Biegemodul, lokale Achse 1: Das Biegemodul der lokalen Achse 1 ist die Neigung der Moment/Krümmungskurve in der Richtung der lokalen Achse 1 unterhalb der maximalen Proportionalität.
Biegemodul, lokale Achse 2: Das Biegemodul der lokalen Achse 2 ist die Neigung der Moment/Krümmungskurve in der Richtung der lokalen Achse 2 unterhalb der maximalen Proportionalität.
Die Biegequerdehnung, lokaler Layer 12: ist das Verhältnis der Krümmung in der Richtung der lokalen Achse 1 zur Krümmung in der Richtung der lokalen Achse 2.
Das Torsionsträgheitsmoment, lokaler Layer 12: ist vergleichbar mit dem Schermodul. Wenn kein Wert angegeben ist, wird ein Wert mit dem Biegemodul und der Biegequerdehnung berechnet.

Temperaturabhängige Verbundwerkstoffe

Wenn das Materialmodell auf Temperaturabhängige Verbundwerkstoffe festgelegt ist, werden die Materialeigenschaften in eine Tabelle eingegeben. (Derzeit weist nur das gemeinsam rotierende Gehäuseelement temperaturabhängige Verbundwerkstoffmaterialien auf). In jeder Zeile der Tabelle sind die Eigenschaften bei einer bestimmten Temperatur angegeben. Klicken Sie auf die Schaltfläche Sortieren, um die Tabelle nach steigender Temperatur zu sortieren.

Die temperaturabhängigen Eigenschaften werden wie weiter oben beschrieben eingegeben (zusätzlich gibt es noch einen Ausdehnungskoeffizienten). Sie werden jedoch anders bezeichnet. Beschreibung der einzelnen Spalten für die Eingabedaten:

Temperaturabhängige Eingaben	Ähnliche Eingaben werden weiter oben beschrieben.
Index	Die Zeilennummer. (Wird von der Software automatisch festgelegt.)
Temperatur	Die Temperatur, die den in der Zeile eingegebenen Materialeigenschaften entspricht.
E1	Elastizitätsmodul, lokale Achse 1
E2	Elastizitätsmodul, lokale Achse 2
v12	Querdehnung, lokaler Layer 12 (Haupt)
G12	Scherelastizitätsmodul, lokaler Layer 12
G13	Scherelastizitätsmodul, lokale Ebene 13
G23	Scherelastizitätsmodul, lokale Ebene 23
alpha1	Der Wärmekoeffizient der Ausdehnung für die lokale Achse 1 ist eine Eigenschaft, die auf Schrumpfung und Ausdehnung des Materials basiert.
alpha2	Der Wärmekoeffizient der Ausdehnung für die lokale Achse 2 ist eine Eigenschaft, die auf Schrumpfung und Ausdehnung des Materials basiert.
XC	Druckspannung der lokalen Achse 1
XT	Zugspannung der lokalen Achse 1
YC	Druckspannung der lokalen Achse 2
YT	Zugspannung der lokalen Achse 2
S	Scherspannung der lokaler Layer 12
F12	Spannungsinteraktion F12 (Tsai Wu)