Interaktion mit ANSYS
Erfahren Sie, wie Helius PFA in ANSYS integriert wird.
In der Finite-Element-Analyse einer Verbundstruktur auf Strukturebene mit ANSYS dekomprimiert Helius PFA schnell und präzise das Durchschnittsspannungs-/-dehnungsfeld des Verbundwerkstoffs in Durchschnittsspannungs-/-dehnungsfelder der Konstituenten. Die Durchschnittsspannungszustände der Konstituenten werden von der Software verwendet, um Schadensentwicklung und Materialausfall einzeln für jedes Konstituentenmaterial (Faser und Matrix) zu prognostizieren. Anschließend wird die aktuelle beschädigte Mikrostruktur homogenisiert, um eine genaue Bewertung der aktuellen Durchschnittssteifheit des Verbundwerkstoffs für die Verwendung in der Finite-Element-Analyse auf Strukturebene zu ermöglichen. Helius PFA bietet diese erweiterten Funktionen für die Verbundwerkstoffmodellierung, ohne dabei erheblich die erforderliche Zeit zum Ausführen der Analyse zu erhöhen. Beispiel: Die Verwendung in Verbindung mit einer Finite-Element-Analyse auf Strukturebene erhöht in der Regel die Gesamtdauer der Berechnung um zwei bis drei Prozent (2-3 %). Dies ist eine sehr kleiner Preis für die höhere Lösungsgenauigkeit.
Die Abbildung unten zeigt eine schematische Darstellung der einzelnen Komponenten von Helius PFA und ihre Interaktion mit den Komponenten von ANSYS. Blaue Rechtecke bezeichnen die Komponenten des ANSYS-FE-Modellierungspakets, rote Rauten stehen für die Ein- und Ausgaben, grüne Ovale für die einzelnen Komponenten der Software. Die grafische Benutzeroberfläche von Helius PFA wird innerhalb von ANSYS Mechanical APDL aufgerufen und unterstützt Sie bei der Definition der ANSYS-Eingabedateibefehle, die während einer Finite-Element-Analyse mit Helius PFA erforderlich sind.
Die benutzerprogrammierbare Funktion von Helius PFA berechnet die Konstitutivbeziehungen und Spannungen des Verbundwerkstoffs für die Verwendung im Finite-Element-Code von ANSYS. Es enthält alle MCT-Konstitutivbeziehungen für die einzelnen Konstituentenmaterialien (Faser und Matrix) und das homogenisierte Verbundmaterial. Darüber hinaus enthält die vom Benutzer programmierbare Funktion die Schadens- und Ausfallkriterien und die Algorithmen zur Degradation der Steifheiten der Konstituenten und das homogenisierte Verbundmaterial entsprechend dem aktuellen beschädigten Zustand jedes einzelnen Konstituentenmaterials. Der Finite-Element-Code von ANSYS ruft die vom Benutzer programmierbare Funktion an jedem Gaußschen Integrationspunkt in dem Modell auf, an dem Konstitutivbeziehungen oder Spannungen erforderlich sind.
In der Abbildung unten wird die Verbundmaterialdatenbank von Helius PFA verwendet, um alle Materialkoeffizienten zu speichern, die für eine vollständige Definition des MCT-Multiscale-Materialmodells für verschiedene Verbundmaterialien erforderlich sind. Bevor ein bestimmtes Verbundmaterial in einem Finite-Element-Modell verwendet werden kann, das durch Helius PFA erweitert wurde, muss das Verbundmaterial einer MCT-Charakterisierung unterzogen und seine Koeffizienten müssen in die Verbundmaterialdatenbank eingegeben werden. Wie unten gezeigt, öffnet und liest die vom Benutzer programmierbare Funktion von Helius PFA die Verbundmaterialdatenbank zum Extrahieren der erforderlichen Materialkoeffizienten für alle Verbundmaterialien, die im Finite-Element-Modell verwendet werden. Beachten Sie, dass die Materialdatenbank nicht für kohäsive Materialien von Helius PFA erforderlich ist. Da die Anzahl der erforderlichen Eingaben zum Definieren von kohäsivem Material viel kleiner ist als für die Definition eines Verbundwerkstoffs, wird das gesamte Material in der ANSYS-Eingabedatei definiert.
Neben den oben dargestellten Softwaremodulen enthält Helius PFA ein zusätzliches Hilfsprogramm: Composite Material Manager. Composite Material Manager ist ein eigenständiges Programm, mit dem Sie neue Verbundmaterialien charakterisieren und diese der Verbundmaterialbibliothek hinzufügen können.