Al añadir materiales no lineales a una biblioteca personal, puede definirlos como Elástico, Plástico o Elastoplástico.
Al especificar los datos de tensión-deformación para materiales no lineales Elásticos o Plásticos, se prefieren datos reales. Los datos de tensión-deformación de la ingeniería se generan a partir de pruebas de tracción de materiales, y las tensiones se basan en el área transversal original del modelo. Es decir, los datos no se corrigen para tener en cuenta el cambio en el área transversal del modelo del ensayo debido a la deformación lateral o radial. Es difícil medir el cambio en el área transversal. Por lo tanto, los datos de tensión-deformación reales se derivan normalmente de los datos de ingeniería mediante los cálculos adecuados.
Hay algunas limitaciones al especificar materiales dúctiles mediante datos de tensión-deformación de ingeniería:
Sugerencia:
El comportamiento posterior al rendimiento de los materiales dúctiles se puede representar con un segmento en línea recta basado en dos puntos de datos. El primer punto de datos de la región plástica (posterior al rendimiento) es el límite de elasticidad, que también es el punto final del intervalo de elasticidad. El segundo punto es la resistencia máxima a tracción (UTS), que es la tensión máxima obtenida antes de que comenzara el bloqueo y el fallo. Este método tiene una base clara, ya que implica dos puntos de datos que se pueden definir y medir bien. Por supuesto, cuando se define la curva de material de esta forma, el esfuerzo aumenta linealmente con la deformación entre los puntos de elasticidad y de UTS.
Lo ideal es ajustar el valor de tensión UTS y el valor de deformación correspondiente para detectar la reducción de la sección transversal. En la región plástica, el cambio de volumen del material es insignificante (el coeficiente de Poisson es de aproximadamente 0,5). Puede utilizar las siguientes ecuaciones para convertir los datos de tensión y la deformación de ingeniería en reales en la UTS:
εt = ln(1+εe) σt = σe (1+εe)
donde:
Más allá de la UTS, la muestra del ejemplo comienza a bloquearse rápido, la fuerza de tracción se reduce y el fallo es inminente. Por lo tanto, los datos de prueba más allá de UTS no son muy significativos. Sin embargo, es posible que deba extender la curva de tensión-deformación más allá de la UTS para cubrir el rango de deformación que se encuentra en una simulación no lineal. Si es así, utilice una curva plana (de pendiente cero) más allá de UTS para minimizar las dificultades de solución.
Las opciones de endurecimiento afectan a la forma en que se comporta el material cuando cambia la dirección de la deformación después de estirarse. Para ayudarle a comprender las opciones de endurecimiento, consulte un gráfico de deformación 3D. El origen del trazado es el estado de deformación cero. Cualquier otro punto del espacio 3D representa un vector de deformación que actúa sobre el material del sujeto, indicando tanto la magnitud como la dirección de la deformación. Los materiales isotrópicos tienen propiedades iguales, independientemente de la dirección de la deformación. Ahora imagine que dibuja miles de vectores en varias direcciones desde el origen del trazado, cada uno de ellos lo suficientemente grande como para alcanzar el límite de elasticidad inicial del material. Cada vector tendría la misma magnitud (es decir, longitud) y las puntas de cada vector se ubicarían a la misma distancia radial del origen. Por lo tanto, todos estos puntos de deformación del límite de elasticidad se encuentran en una esfera centrada sobre el origen del trazado. Esta esfera se denomina superficie de fluencia, ya que representa el umbral de deformación en cualquier dirección en la que se produzca la deformación inicial. Esta ilustración sirve para las tres opciones de endurecimiento. La diferencia entre ellas es lo que ocurre cuando la deformación se incrementa más allá del límite de elasticidad y la dirección de la deformación se modifica después.
Si se supera el límite de elasticidad con el que se suele trabajar se endurece el material, lo que aumenta el límite de elasticidad. El nuevo límite de elasticidad endurecido por la tarea es lo que llamaremos la tensión máxima. La diferencia entre los tres modelos de endurecimiento es la forma en la que el proceso de endurecimiento del trabajo afecta a la superficie de fluencia esférica:
Isotrópica: el radio de la superficie de fluencia esférica aumenta y la esfera permanece centrada en la ubicación original. En otras palabras, la magnitud del vector de deformación ya no está definida por el esfuerzo de fluencia inicial del material. En su lugar, los vectores de deformación ahora se basan en la magnitud de la tensión máxima, independientemente de la dirección de la deformación. Por lo tanto, el tamaño de la esfera se ha expandido.
Ejemplo: Se presupone que el material se detiene en la dirección +X (tensión de rotura) hasta que haya cedido y se haya endurecido por deformación en una tensión máxima (SM) igual a 1,05 veces el límite de elasticidad inicial. Si la deformación se invierte, la magnitud de deformación en la dirección -X (deformación por compresión) tendría que producir una tensión de -SM para que comenzara a deformarse más. En otras palabras, los límite de elasticidad en tensión y compresión son inicialmente iguales, y se mantendrán igual a medida que evolucione la deformación plástica y el endurecimiento por deformación, independientemente de la dirección de la deformación.
La opción de endurecimiento isotrópico se recomienda normalmente en situaciones en las que solo se produzca una flexión unidireccional.
Cinemática: el radio de la superficie de fluencia esférica permanece sin cambios, pero la ubicación de la esfera se desfasa en la dirección de la deformación. El punto de la superficie de fluencia (la punta del vector de deformación) coincide con la nueva resistencia del material endurecida por la deformación (la tensión máxima), pero solo en la dirección de la deformación actual. La distancia desde el centroide original (condición de deformación cero) hasta cualquier punto de la esfera convertida deja de ser una constante.
Ejemplo: Volvemos a suponer que el material se detiene en la dirección +X (tensión de rotura) hasta que haya cedido y se haya endurecido por deformación en una tensión máxima (SM) igual a 1,05 veces el límite de elasticidad inicial (Sy). Ahora, invertimos la dirección de la deformación. El estiramiento no se reanudará con una tensión de -SM, como ocurriría con la opción de endurecimiento isotrópico. En su lugar, la tensión tendría un valor menor, igual a SM - (2 * Sy). El radio de la esfera no se modifica y permanece relacionado con la tensión del límite de elasticidad inicial (Sy). Este fenómeno reduce la tensión necesaria para reanudar el estiramiento cuando la dirección de la deformación cambia después del endurecimiento por deformación. Dicho de forma sencilla, esta opción está diseñada para ver el caso en el que el endurecimiento de la tensión puede conducir a un posterior suavizado de la compresión.
La opción de endurecimiento cinemático se recomienda normalmente en situaciones en las que solo se produzcan ciclos de flexión inversos.
Isotrópica + cinemática: este método es una combinación de los efectos de las otras dos opciones de endurecimiento descritas anteriormente. La superficie de fluencia esférica se expande un poco (pero menos que con la opción isotrópica). De igual manera, la esfera también se traslada un poco (pero menos que con la opción cinemática). Por lo tanto, los resultados calculados se encuentran entre los resultados que se prevén con los otros dos métodos.