Empfehlungen und Anforderungen für Benutzereingaben

Zeigen Sie Empfehlungen für Eingaben bei gewebten Materialien an.

Obwohl die Diskussion im vorherigen Abschnitt möglicherweise zu stark vereinfacht scheint, zwingen die Einschränkungen der experimentellen Daten zu einer Vereinfachung der Geometrie. In der Regel kennen Sie nur den gesamten Faservolumenanteil und einige Informationen darüber, ob das Gewebe symmetrisch oder unsymmetrisch ist. Bei dem Versuch, die Konsistenz aller Informationen zu bewahren, verlangt Composite Material Manager von Ihnen, den gesamten Faservolumenanteil des Verbundwerkstoffs sowie den Paketvolumenanteil der Garne einzugeben, um die Einheitenzelle zu definieren.

Die Verknüpfung zwischen dem Abstand der Garne und ihren entsprechenden Paketvolumenanteilen ist komplex und wurde von Kuhn und Charalambides [1] in ihrer Erörterung der Einheitenzelle ausgearbeitet. Auch wenn die Informationen in dieser Arbeit dieses Material nicht abdecken, müssen wir einige Empfehlungen geben und einige grundlegende Beziehungen erläutern, die verwendet werden können, um Ihre gewebte Geometrie ausreichend zu beschreiben.

Bei allen gewebten Verbundmaterialien, die durch Composite Material Manager charakterisiert werden, wird der Kettfaservolumenanteil automatisch mit der Gleichung 3 folgendermaßen berechnet:

, (Gleichung 4)

Normalerweise liegt bei gewebten Verbundmaterialien der Kettfaservolumenanteil zwischen 0,65 und 0,85. Bei Verwendung der Empfehlungen in diesem Abschnitt werden Sie gebeten, den berechneten Kettfaservolumenanteil zu überprüfen, um sicherzustellen, dass sich der Wert innerhalb des zulässigen Bereichs befindet. Außerdem wird dringend empfohlen, dass Sie die gesamten Materialeigenschaften überprüfen, die von Composite Material Manager ausgegeben werden. Wenn die ausgegebenen Konstituenten- und Verbundmaterialeigenschaften nicht zulässig sind, sollten die Paketvolumenanteile etwas geändert werden, bis die Materialeigenschaften akzeptabel sind.

Symmetrische Leinwandbindungen

Um die Diskussion zu empfohlenen Parametern zu beginnen, betrachten wir zuerst den Fall von symmetrischen Leinwandbindungen. Dieser Fall kann mithilfe eines zweidimensionalen Raums beschrieben werden, da die Paketvolumenanteile und die Abstände gleich sind. Das Diagramm unten zeigt die Beziehung zwischen den Paketabständen und den resultierenden Paketvolumenanteilen für eine Einheitenzelle mit gleicher Breite und Höhe (34.04 Einheiten). Beachten Sie, dass die genauen Einheiten für diese Erläuterung nicht wichtig sind, da sie bei der Berechnung der Paketvolumenanteile herausgerechnet werden. Aufgrund von Einschränkungen des Vernetzungsalgorithmus und der Geometrie der Einheitenzelle müssen die zulässigen Werte des Volumenanteils für eine symmetrische Leinwandbindung zwischen 0,2 und 0,377 liegen. Wenn Sie die exakten Werte der Paketvolumenanteile für eine symmetrische Leinwandbindung nicht kennen, sollten Sie sowohl für den Schuss- als auch den Kettpaketvolumenanteil den Wert 0,375 verwenden.

Unsymmetrische Leinwandbindungen

Unsymmetrische Leinwandbindungen sind von Natur aus schwieriger zu beschreiben, da die Geometrie eine Funktion von zwei verschiedenen Paketvolumenanteilen ist. Für den Rest dieser Erörterung wird davon ausgegangen, dass die Richtung mit der steifsten Verbundreaktion entlang der Schussrichtung und damit in Richtung 11 verläuft. Wenn die Richtung der steifsten Reaktion an den Kettgarnen ausgerichtet ist, können die folgenden Beziehungen problemlos geändert werden.

Bei unsymmetrischen Leinwandbindungen ist es für den Vernetzungsalgorithmus und die Geometrie der Einheitenzelle erforderlich, dass die Summe der Schuss- und Kettvolumenpakete in der Regel folgende Gleichungen erfüllen:

, (Gleichung 5)

und

, (Gleichung 6)

Beachten Sie, dass dies von Natur aus ein dreidimensionaler Raum ist, der aus dem Schuss- und dem Kettvolumenanteil als Funktion des Schuss- und des Kettlückenabstands besteht. Um diesen Raum zu vereinfachen und Ihnen ein Gefühl für den Bereich der Volumenanteile zu vermitteln, der mit dem Abstandsbereich verknüpft ist, betrachten Sie das Diagramm unten. Es zeigt das Verhältnis von Schuss- und Kettabstand als Funktion des akzeptablen Bereichs von Kettvolumenanteilen für mehrere Schussvolumenanteile. Beachten Sie, dass diese Beziehungen problemlos ausgetauscht werden können, um einen konstanten Kettvolumenanteil und einen Bereich aus Schussvolumenanteilen unterzubringen. Mithilfe des Diagramms unten können akzeptable Schuss- und Kettvolumenanteile beurteilt, wenn das Verhältnis von Schussabstand zu Kettabstand bekannt ist. Als allgemeinen Startpunkt empfiehlt Autodesk die Verwendung von 0,375 als Paketvolumenanteil des Garns, das sich an der steifsten Materialreaktion des Verbundwerkstoffs orientiert.

Wenn Sie keinen Zugriff auf den Schuss- und Kettabstand für die ausgewählte unsymmetrische Leinwandbindung haben, hat Autodesk Referenzparameter entwickelt, die in der Regel akzeptable Ergebnisse liefern. Der erste dieser Parameter ist das Verhältnis der linearen Dichte von Kettgarnen zu Schussgarnen:

Wenn Sie diesen Parameter kennen und davon ausgehen, dass der Schusspaketvolumenanteil 0,375 beträgt, kann die Tabelle unten verwendet werden, um den erforderlichen Kettpaketvolumenanteil des gewebten Verbundwerkstoffs zu berechnen.

Die oben beschriebenen Ergebnisse geben die genauen Beziehungen für die Paketvolumenanteile als Funktion des Garnverhältnisses RB mit den Annahmen wieder, die bei der Entwicklung des von Composite Material Manager verwendeten Mikromechanikmodells aufgestellt wurden. Auch wenn die obige Erläuterung die genauen Ausgangspunkte für die Entwicklung einer unsymmetrischen Gewebematerialcharakterisierung mit Composite Material Manager bietet, ist es dennoch möglich, dass Sie die Informationen, die Sie zum Generieren der Geometrie der Einheitenzelle benötigen, nicht erhalten.

Wenn Sie keinen Zugriff auf den Paketabstand oder das Garnverhältnis haben, hat Autodesk einige empfohlene Richtlinien entwickelt, um die Paketvolumenanteile des Verbundwerkstoffs mithilfe der Steifheit in der Ebene des Verbundwerkstoffs zu bestimmen. Wenn Sie das Verhältnis der Steifheit in der Ebene des Verbundwerkstoffs und den Typ der verwendeten Verstärkung kennen (Glas oder Kohlenstoff), kann die Tabelle unten verwendet werden, um erste Schätzungen für die Schuss- und Kettpaketvolumenanteile zu erarbeiten. Beachten Sie, dass bei Verwendung der Paketvolumenanteile in dieser Tabelle nicht garantiert ist, dass das Steifheitsverhältnis den aufgeführten Werten genau entspricht. Je nachdem, welche Konstituenteneigenschaften Sie verwenden, können diese Werte geringfügig abweichen.

Atlasbindungen

Die Einheitenzelle, die für die Verwendung in Composite Material Manager entwickelt wurde, kann die Form eine Leinwandbindung mit einer 4-, 5- oder 8-bindigen gewebten Verbundmikrostruktur mit orthogonalen Garnen annehmen. Die gesamte bisherige Erörterung drehte sich um die Ausarbeitung von Empfehlungen für die Benutzereingabe von Paketvolumenanteilen von symmetrischen und unsymmetrischen Leinwandbindungen. Die Mikrostruktur von Atlasbindungen ist beschränkt auf den Paketvolumenanteil, der sich von denen für normale Gewebe unterscheidet.

Vollständige Einheitenzelle

• 4-bindig - 0.24 ≤ BVF ≤ 0.40
• 5-bindig - 0.28 ≤ BVF ≤ 0.42
• 8-bindig - 0.25 ≤ BVF ≤ 0.41

Reduzierte Einheitenzelle

• 4-bindig - 0.24 ≤ BVF ≤ 0.4
• 5-bindig - 0.28 ≤ BVF ≤ 0.4
• 8-bindig - 0.25 ≤ BVF ≤ 0.4

Wenn Sie die exakten Werte der Paketvolumenanteile für Ihre Atlasbindung nicht kennen, empfehlen wir die Verwendung eines Werts von 0.375 sowohl für die Schuss- als auch für die Kettgarnpaketvolumenanteile.

Köperbindungen

Obwohl das Mikromechanikmodell auf Leinwandbindungsverbundwerkstoffe und auf eine Auswahl an Atlasgeweben beschränkt wurde, können Leinwandbindungen dennoch verwendet werden, um einen Satz Materialdaten für Köperbindungen zu generieren. Bei anderen Varianten von Atlas- oder Köperbindungen sollten die oberen Begrenzungen der strukturellen Reaktion des Modells mit einer übergreifenden Lage berechnet werden.

Literaturverweise

1. Kuhn, J. L. und P.G. Charalambides, 1999, "Modeling of Plain Weave Fabric Composite Geometry", Journal of Composite Materials, Bd. 33, ff. 188-220.