Bei der Modellierung von Problemen mit Temperaturänderungen ist möglicherweise zu berücksichtigen, wie sich die Materialeigenschaften mit der Temperatur ändern und wie thermische Restspannungen die Spannungen und letztendlich die Ausfälle im Modell beeinflussen können. Wenn die Temperatur des Modells viel höher ansteigt als die experimentelle Temperatur für Materialeigenschaften und eine mögliche Änderung der Materialeigenschaften oder Einbeziehung von Restspannungen im Modell in Betracht zu ziehen sind, kann Helius PFA verwendet werden, um dies zu berücksichtigen.
Im Allgemeinen ist die Lagensteifheit in Faserrichtung relativ unempfindlich gegenüber Temperaturschwankungen, während matrixbestimmte (Quer-) Steifheiten in der Regel empfindlicher auf Temperaturänderungen reagieren. Die Festigkeitswerte zeigen lediglich die konsistente Tendenz matrixbestimmter Festigkeiten, sich bei erhöhten Temperaturen zu verringern. Wenn Materialdaten bei mehreren Temperaturen verfügbar und die Abweichungen der Werte von Bedeutung sind, kann Helius PFA verwendet werden, um die temperaturbedingten Veränderungen der Eigenschaften zu berücksichtigen. Das Verfahren zum Erstellen einer Materialdefinition mit unterschiedlichen Temperaturen wird im nächsten Abschnitt behandelt.
Thermische Restspannungen treten in Verbundbauteilen als Ergebnis der Unterschiede bei den thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf Lagenebene und Konstituentenebene auf. Auf Lagenebene führen die Unterschiede bei den thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen benachbarten Lagenschichten zu thermischen Spannungen auf Schichtenebene. Bei den einzelnen Konstituenten (Faser und Matrix) bestehen die Unterschiede bei den thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Faser- und Matrixmaterial. Es wird normalerweise davon ausgegangen, dass diese Spannungen von Natur aus in den experimentellen Materialeigenschaften bei einer bestimmten Temperatur berücksichtigt werden.
Für Finite-Elemente-Analysen auf Lagenebene werden diese Spannungen mit unterschiedlichen Methoden berücksichtigt. Thermische Spannungen auf Lagenebene können bei einer Temperaturänderung im Modell durch die Finite-Element-Berechnung bestimmt werden. Die thermischen Spannungen auf Konstituentenebene werden jedoch nicht explizit bei der Berechnung berücksichtigt, da diese nicht zwischen der Faser und Matrix unterscheidet. Da Helius PFA Zugriff auf die Faser- und Matrixsteifheiten und -spannungen hat, können die thermischen Spannungen auf Konstituentenebene berechnet werden. Um die thermischen Spannungen auf Konstituentenebene in die Analyse einzubeziehen, fügen Sie das Schlüsselwort *CURE STRESS zur HIN-Datei hinzu (Weitere Informationen finden Sie im Helius-PFA-Benutzerhandbuch). Vorgabemäßig werden thermische Spannungen auf Konstituentenebene nicht in die Helius-PFA-Aufgaben miteinbezogen.
Im folgenden Abschnitt wird eine temperaturabhängige Materialdatei erstellt, vier Methoden zum Analysieren des gleichen thermischen Problems werden beschrieben und die Ergebnisse aus den Modellen werden verglichen. Weitere Informationen zu temperaturabhängigen Materialeigenschaften und thermischen Restspannungen finden Sie im Helius-PFA-Benutzerhandbuch und im Theoriehandbuch.