Erstellen Sie Konturendiagramme der MCT-Zustandsvariablen.

Die MCT-Zustandsvariablen (SVARs) sind Elementausgabevariablen, die an jedem Integrationspunkt innerhalb der einzelnen Elemente gespeichert sind. Aus diesem Grund werden zum Anzeigen der MCT-Zustandsvariablen die gleichen Methoden verwendet wie bei den vertrauten Spannungs- und Dehnungsvariablen. Um jedoch eine der MCT-Zustandsvariablen in ANSYS anzuzeigen, muss zunächst die ANSYS-Eingabedatei anfordern, dass sie in die ANSYS-Ergebnisdatei geschrieben werden (siehe MCT-Zustandsvariablenausgabe anfordern und Ausgabe der MCT-Zustandsvariablen anfordern). Eine vollständige Beschreibung der einzelnen MCT-Zustandsvariablen finden Sie in Anhang C.

Konturendiagramme sind in der Regel das am besten geeignete Mittel zur Untersuchung der Verteilung der MCT-Zustandsvariablen. Um ein Konturendiagramm der MCT-Zustandsvariablen in ANSYS zu erstellen, öffnen Sie zunächst die Ergebnisdatei, indem Sie auf Main Menu > General Postproc > Data & File Opts klicken und die Ergebnisdatei auswählen. Es müssen Daten aus einem Satz gelesen werden; dies erfolgt über den SET-Befehl oder durch Klicken auf Main Menu > General Postproc > Read Results. Verwenden Sie zum Anzeigen der von Helius PFA berechneten MCT-Zustandsvariablen die PLESOL- oder PLNSOL-Befehle. Beispiel: Geben Sie in die Befehlszeile PLESOL,SVAR,1 ein, um ein Konturendiagramm der Zustandsvariable 1 zu erstellen. Die Anzahl der für Diagramme verfügbaren SVARs hängt vollständig von der Anzahl der SVARs ab, die für die Ausgabe von der ANSYS-Eingabedatei angefordert werden. Beachten Sie, dass Power Graphics über den Befehl /GRAPHICS,FULL deaktiviert werden muss, um SVARs größer als 11 anzuzeigen.

SVAR1 ist die grundlegende MCT-Zustandsvariable, die den diskreten Schadenszustand des Verbundmaterials kennzeichnet. SVAR1 ist eine Ganzzahlvariable. Der von SVAR1 angenommene Bereich von ganzzahligen Werten hängt vom spezifischen Satz von Material-Nichtlinearitätsfunktionen ab, die in der Finite-Element-Lösung verwendet werden (weitere Informationen finden Sie unter Anhang C). Als spezifisches Beispiel wird in Anhang C beschrieben, dass SVAR1, wie in der untenstehenden Tabelle gezeigt, nur die ganzzahligen Werte 1, 2 oder 3 annehmen kann, wenn Helius PFA bei aktivierter Funktion für progressives Versagen verwendet wird und die zugehörigen Funktionen für Nichtlinearität vor und nach Ausfall deaktiviert sind.

Da SVAR1 eine Ganzzahlvariable ist, die nur eine begrenzte Anzahl von Werten (z. B. 1,2,3) annehmen kann, ist es wichtig, dass Sie die Einstellungen von ANSYS ändern, sodass jedem Ganzzahlwert von SVAR1 eine eindeutige Farbkontur zugeordnet wird. In Fällen, in denen SVAR1 die Werte 1, 2 oder 3 annehmen kann, sollten Sie die Anzahl der Farbkonturen auf 3 setzen. Die Anzahl der in einem Konturendiagramm verwendeten Konturenintervalle kann im Dialogfeld Ungleichmäßige Konturen angegeben werden. Klicken Sie auf Utility Menu > PlotCtrls > Style > Contours > Non-uniform Contours. Das Dialogfeld für nicht gleichmäßige Konturen ist auf der folgenden Abbildung dargestellt. In Fällen, in denen SVAR1 die Werte 1, 2 oder 3 annehmen kann, sollten Sie im Dialogfeld V1=1, V2=2 und V3=3 festlegen. Alternativ kann der /CONTOUR-Befehl verwendet werden, um die Anzahl der Konturen und den Bereich der Konturwerte festzulegen.

Die folgende Abbildung zeigt zwei verschiedene Konturendiagramme der Ganzzahlvariable SVAR1 für eine axial belastete Verbundplatte mit einer zentralen Bohrung. Die Verwendung von drei einzelnen Farben erleichtert die Identifizierung der Bereiche, in denen alle drei diskreten Verbundschadenszustände auftreten. Die blauen Elemente (SVAR1=1) sind völlig unbeschädigt. Die grünen Elemente (SVAR1=2) haben ausgefallene Matrixkonstituenten und unbeschädigte Fasern. Die roten Elemente (SVAR1=3) haben ausgefallene Matrix- und ausgefallene Faserkonstituenten. Beachten Sie, dass das PLNSOL-Konturendiagramm Konturen zeigt, die kontinuierlich über Elementgrenzen hinweg verlaufen, während das PLESOL-Konturendiagramm Konturen zeigt, die an den Grenzen unterbrochen sind. Mit anderen Worten: In einem PLNSOL-Konturendiagramm werden Durchschnittswerte über Elementgrenzen hinweg verwendet, während in einem PLESOL-Konturendiagramm einfach die Werte von SVAR1 an den einzelnen Integrationspunkten verwendet werden, um die Farbkonturen unabhängig von den Elementgrenzen einzurichten.

Die übrigen MCT-Zustandsvariablen (SVAR2, SVAR3, SVAR4, …, SVAR35 oder 90) sind fortlaufende reelle Variablen. Daher ist es beim Erstellen von Konturendiagrammen dieser Variablen nicht wichtig, die Anzahl der Farbkonturen festzulegen. Außerdem eignen sich die vorgabemäßigen Verfahren zum Anzeigen von Spannungs- und Dehnungsverteilungen auch zum Anzeigen von SVAR2, SVAR3, SVAR4, … usw.

Um SVARs größer als 11 anzuzeigen, muss Power Graphics über den Befehl /GRAPHICS,FULL deaktiviert werden.

Auswahl der Abschnittspunkte

Beim Anzeigen der Ergebnisse der Finite-Element-Lösung für laminierte Verbundstrukturen müssen Sie die Nummerierung der Abschnittspunkte durch die Dicke von mehrschichtigen Elementen beachten. Ein Konturendiagramm verwendet nur die Werte der Variablen, die an einem bestimmten Abschnittspunkt gespeichert ist. Um ein Konturendiagramm für eine bestimmte Schicht in ANSYS anzuzeigen, verwenden Sie den Befehl LAYER. Die Vorgabe in ANSYS ist, Ergebnisse aus dem unteren Abschnittspunkt der unteren Schicht und dem oberen Abschnittspunkt der oberen Schicht anzuzeigen. Um einen bestimmten Abschnittspunkt in der Schicht eines Schalenelements auszuwählen, verwenden Sie den SHELL-Befehl. Als Alternative zur Verwendung der Befehlszeile kann über die Optionen für das Ausgabe-Dialogfeld auf die LAYER- und SHELL-Befehle zugegriffen werden (in der folgenden Abbildung gezeigt), indem Sie auf Main Menu > General Postproc > Options for Outp klicken.

Als Beispiel für die obige Erläuterung betrachten Sie die Abbildung unten, die PLESOL-Konturendiagramme von SVAR1 = 1,2,3 zu mehreren Zeitpunkten während einer progressiven Schadensanalyse zeigt. Die Verbundplatte hat acht Materiallagen und ist auf Spannung belastet. Der Einfachheit halber wird nur die dritte Lage angezeigt. In diesen Diagrammen steht die Farbe Blau für die Integrationspunkte ohne Ausfall, die Farbe Grün für die Integrationspunkte mit Matrixausfall und die Farbe Rot, um die Integrationspunkte mit Faserausfall darzustellen.

Es können mehrere wichtige Beobachtungen hinsichtlich der Reihenfolge der oben dargestellten Konturendiagramme vorgenommen werden:

• Bei einer Zeit von 0.4 sind alle Elemente blau, d. h., an keinem Punkt in Lage 3 ist ein Ausfall aufgetreten.
• Bei einer Zeit von 0.5 sind Elemente an den Kanten der Bohrung zu sehen, die teilweise oder vollständig grün sind, was für einen Matrixausfall steht.
• Beim Vergleichen der Diagramme mit der Zeit 0.5 und 0.7 wird das Fortschreiten des Matrixkonstituentenausfalls bei zunehmender Last deutlich.
• Bei einer Zeit von 0.8 hat sich der Matrixausfall weiter ausgebreitet, und es gibt mehrere Elemente mit Faserausfällen an mindestens einem Integrationspunkt, was durch die rote Farbe angegeben wird.
• Bei einer Zeit von 0.9 gibt es einen signifikanten Matrixausfall, und der Faserausfall hat sich weiter in Richtung der Plattenkanten ausgebreitet.
• Bei einer Zeit von 1.0 gibt es zusätzliche Faserausfälle.