Erstellen von kohäsiven Materialien

Verwenden Sie die Benutzeroberfläche von Create Cohesive Material, um ein kohäsives Material zu erstellen.

Jedes kohäsive Material, das von Helius PFA verarbeitet wird, wird von Abaqus/Standard als benutzerdefiniertes Material betrachtet. Die Benutzeroberfläche von Create Cohesive Material bietet eine einfache Möglichkeit zum Erstellen dieser kohäsiven Materialdefinitionen in der Abaqus-Eingabedatei. Sie können das kohäsive Material, einschließlich der Schadensbeginn- und Schadensentwicklungsparameter, vollständig definieren. Beachten Sie, dass kohäsive Materialien in Helius PFA nur zu Abaqus/Standard-Analysen kompatibel sind.

Um die Benutzeroberfläche von Create Cohesive Material aus Abaqus/CAE zu öffnen, gehen Sie zur Hauptwerkzeugleiste und wählen Sie Plug-Ins > Autodesk > Kohäsives Material erstellen. Die Benutzeroberfläche wird wie unten dargestellt angezeigt.

Wie oben dargestellt, müssen bei der Benutzeroberfläche von Create Cohesive Material mehrere Schritte durchgeführt werden, um für Helius PFA einen Typ für kohäsives Material zu definieren. Diese Schritte werden unten beschrieben. Eine technische Erläuterung dieser Parameter finden Sie in Anhang B.

1. Materialname – Geben Sie den Namen des gewünschten Materials ein. Dieser Name wird unter der Struktur "Materialien" in Abaqus/CAE angezeigt, nachdem das Material hinzugefügt wurde.
2. Normale Steifheit – Zahl über null zur Definition der normalen Steifheit K_nn des kohäsiven Materials. K_nn setzt die normale Zugkraft im kohäsiven Material folgendermaßen zur Dehnung in Beziehung:

   t_n = K_nnε_n,

   wobei t_n die normale Zugkraft ist und ε_n die Dehnung in die normale Richtung (lokale Richtung 3).

3. Steifheit bei erster Scherung – Eine Zahl größer als null, die die Steifheit bei erster Scherung, K_ss, des kohäsiven Materials definiert. K_ss setzt die Zugkraft in der lokalen Richtung 1 im kohäsiven Material folgendermaßen zur Dehnung in Beziehung:

   t_s = K_ssε_s

   wobei t_s die Zugkraft bei erster Scherung und ε_s die Dehnung in der lokalen Richtung 1 ist.

4. Steifheit bei zweiter Scherung – Eine Zahl größer als null, die die Steifheit bei zweiter Scherung, K_tt, des kohäsiven Materials definiert. K_tt setzt die normale Zugkraft in die lokale Richtung 2 im kohäsiven Material zur Dehnung in Beziehung als

   t_t = K_ttε_t,

   wobei t_t die Zugkraft bei zweiter Scherung ist und ε_t die Dehnung in die lokale Richtung 2.

5. Maximale normale Zugkraft – Zahl über null, die den maximalen Betrag der Zugkraft darstellt, die das kohäsive Material in normaler Richtung (lokale Richtung 3) aushalten kann, bevor der Schaden einsetzt, ausgedrückt als S_n.
6. Maximale Zugkraft bei erster Scherung – Zahl über null, die den maximalen Betrag der Zugkraft darstellt, die das kohäsive Material in normaler Richtung (lokale Richtung 1) aushalten kann, bevor der Schaden einsetzt, ausgedrückt als S_s.
7. Maximale Zugkraft bei zweiter Scherung – Zahl über null, die den maximalen Betrag der Zugkraft darstellt, die das kohäsive Material in normaler Richtung (lokale Richtung 2) aushalten kann, bevor der Schaden einsetzt, ausgedrückt als S_t.
8. Kriterium des Schadensbeginns – Damit können Sie ein Schadensbeginnkriterium auf Basis der maximalen oder der quadratischen Zugkraft auswählen. Das Kriterium für maximale Zugkraft definiert den Schadensbeginn als den Punkt, an dem eine Zugkraft dem Wert ihrer jeweiligen maximalen Zugkraft entspricht oder diesen übertrifft. Das auf der quadratischen Zugkraft basierende Kriterium verwendet eine quadratische Interaktion im Verhältnis zwischen der Zugkraft und der maximalen Zugkraft, um den Schadensbeginn vorherzusagen.
9. Methode der Schadensentwicklung – Damit können Sie wählen, wie sich der Schaden nach Schadensbeginn entwickelt. Sobald ein Schaden in einem Verbundmaterial begonnen hat, nimmt die Steifheit des Materials mit zunehmender Materialverformung ab. Schließlich reduziert sich die Steifheit des Verbundmaterials auf null und das Material kann keiner Belastung mehr standhalten. Die folgenden drei Methoden sind verfügbar:

   • Displacement

   • Energy

   • Energy (Mixed Mode, Power Law)

10. Variablenparameter – Die Wahl der Schadensentwicklungsmethode bestimmt die Eingabe für dieses Feld. Folgende Eingaben sind für jede Methode der Schadensentwicklung möglich:
    • Verschiebung – Dieser Wert ist die Verschiebung bei Ausfall, eine Zahl über null, die den Unterschied zwischen der effektiven Verschiebung und der effektiven Verschiebung bei Schadensbeginn definiert, ausgedrückt als .
    • Energie – Dieser Wert ist die Bruchenergie, eine Zahl über null, die die gesamte, durch das Versagen abgeführte Energie definiert, ausgedrückt als G^c. Mathematisch ausgedrückt handelt es sich bei diesem Wert um den Bereich, der der Zugkraft ausgesetzt ist – Trennungskurve.
    • Energie (Gemischter Modus - Potenzgesetz) – Dieser Wert ist die Bruchenergie im normalen Modus, eine Zahl über null, die die gesamte, durch das Versagen abgeführte Energie in einem reinen normalen Modus definiert, ausgedrückt als .
11. First Shear Mode Fracture Energy – Eine Zahl größer als null, die die abgegebene Gesamtenergie aufgrund eines Ausfalls im reinen Modus der ersten Scherung definiert, .
12. Bruchenergie im zweiten Schermodus – Zahl über null, die die gesamte, durch das Versagen abgeführte Energie in einem reinen zweiten Schermodus definiert, ausgedrückt als .
13. Alpha – Der Exponent, der in der Schadensentwicklungsgleichung im Mischmodus-Potenzgesetz verwendet wird, ausgedrückt als α.

Zusätzlich zur Definition des Materials benötigen kohäsive Materialien in Helius PFA einen kohäsiven Abschnitt, damit sie im Modell verwendet werden können. Der kohäsive Abschnitt kann wie jeder andere kohäsive Abschnitt in Abaqus erstellt werden. Wählen Sie im Modul "Abaqus/CAE Eigenschaft" die Option Abschnitt > Erstellen, um die Schnittstelle "Abschnitt erstellen" aufzurufen. Der kohäsive Abschnitt befindet sich unter der Kategorie Andere. Beim Bearbeiten des Abschnitts muss die Reaktion auf Zugkrafttrennung gesetzt werden (siehe Abbildung unten). Es ist auch erforderlich, die anfängliche Stärke auf einen Eins-Element-Wert (1) zu setzen. Dadurch wird sichergestellt, dass die Nominaldehnungen des kohäsiven Elements gleich den Verschiebungen sind; außerdem vereinfacht es die Definition der Eigenschaften des kohäsiven Materials.