개인 라이브러리에 비선형 재질을 추가할 때 탄성, 플라스틱 또는 탄소성으로 특징을 지정할 수 있습니다.
탄성 또는 플라스틱 비선형 재질에 응력-변형 데이터를 지정할 때 실제 응력-변형 데이터가 기본적으로 설정됩니다. 엔지니어링 응력-변형 데이터는 재질의 인장 테스트에서 생성되며, 이 경우 응력은 표본의 원래 횡단면 면적을 기준으로 합니다. 즉, 측면 또는 방사 변형으로 인해 테스트 표본의 횡단면 면적 변경을 고려하도록 데이터가 수정되지 않습니다. 횡단면 면적의 변화를 측정하는 것은 어렵습니다. 따라서 실제 응력-변형 데이터는 일반적으로 적절한 계산을 통해 엔지니어링 응력-변형 데이터에서 파생됩니다.
엔지니어링 응력-변형 데이터를 사용하여 연성 재질을 지정할 때 다음 제한 사항을 이해해야 합니다.
팁:
연성 재질의 사후 항복 동작은 두 데이터 점을 기준으로 직선 세그먼트로 나타낼 수 있습니다. 플라스틱(사후 항복) 영역의 첫 번째 데이터 점은 항복점이며, 탄성 범위의 끝점이기도 합니다. 두 번째 점은 UTS(극한 인장 강도)로, 이것은 네킹 및 실패 전에 얻을 수 있는 최대 응력입니다. 이 방법에는 잘 정의되고 측정 가능한 두 개의 데이터 점이 포함되므로 명확한 기반이 있습니다. 물론 이런 방식으로 재질 곡선을 정의하면 항복점과 UTS 점 간의 변형에 따라 응력이 선형으로 증가합니다.
이상적으로, 횡단면의 감소를 고려하도록 UTS 및 해당 변형 값을 조정합니다. 플라스틱 영역에서 재질의 체적 변화는 무시할 수 있습니다(프와송의 비는 약 0.5). 다음 방정식을 사용하여 엔지니어링 변형 및 응력을 UTS의 실제 변형 및 응력으로 변환할 수 있습니다.
εt = ln(1+εe) σt = σe(1+εe)
여기에서 각 의미는 다음과 같습니다.
UTS 외에도 테스트 표본은 빠른 네킹을 시작하고 장력은 감소하며 실패가 임박합니다. 따라서 UTS 이외의 테스트 데이터는 큰 의미가 없습니다. 그러나 비선형 시뮬레이션에서 발생하는 변형의 범위를 다루려면 응력-변형 곡선을 UTS 이상으로 연장해야 할 수 있습니다. 그런 경우 UTS를 벗어나는 평면 원곡선(경사 0)을 사용하여 해석 문제를 최소화하십시오.
경화 옵션은 항복이 발생한 후 변형 방향이 변경될 때 재질이 동작하는 방식에 영향을 줍니다. 경화 옵션을 이해하는 데 도움이 되려면 3D 변형 플롯을 시각화합니다. 플롯 원점이 0 변형 상태입니다. 3D 공간의 다른 점은 대상 재질에 작용하는 변형 벡터를 나타내며, 이는 변형의 크기와 방향 모두를 나타냅니다. 등방성 재질에는 변형 방향에 관계없이 동일한 특성이 있습니다. 이제 플롯 원점에서 다양한 방향으로 수천 개의 벡터를 그리는 것을 상상해 보십시오. 각 벡터는 재질의 초기 항복 강도에 도달할 만큼 충분히 큽니다. 각 벡터는 크기(길이)가 동일하며 각 벡터의 팁은 원점에서 동일한 반지름 거리에 위치합니다. 따라서 이러한 항복 변형의 모든 점은 플롯 원점 위의 중심에 있는 구에 있습니다. 이 구를 항복 곡면이라고 하는데, 초기 항복이 발생하는 모든 방향의 변형 임계값을 나타내기 때문입니다. 이 그림은 세 가지 경화 옵션 모두에 적용됩니다. 차이점은 항복보다 크게 변형이 증가하면 발생하는 결과와 변형의 방향이 이후에 변경된다는 점입니다.
일반적으로 항복 강도를 초과하면 재질이 작동 경화되어 항복 강도가 증가합니다. 작동 경화되는 새로운 항복 강도를 최대 응력이라고 합니다. 작동 경화 프로세스가 구형의 항복 곡면에 영향을 미치는 방식에 따라 다음 세 가지 경화 모형이 구분됩니다.
등방성: 구형 항복 곡면의 반지름이 증가하고 구는 원래 위치의 중심에 유지됩니다. 다시 말해 변형 벡터 크기가 더 이상 재질의 초기 항복 응력*에 의해 정의되지 않습니다. 대신 변형 벡터는 이제 변형 방향에 관계없이 *최대 응력 크기를 기준으로 합니다. 따라서 구의 크기가 확장되었습니다.
예: 초기 항복 강도의 1.05배에 해당하는 최대 응력(SM)까지 발생하고 작동 경화될 때까지 재질이 +X 방향으로 변형(인장 변형)된다고 가정합니다. 변형이 반전되면 -X 방향의 변형 크기(압축 변형)가 추가 항복이 시작되도록 -SM의 응력을 생성해야 합니다. 다시 말해 장력 및 압축의 항복 강도는 처음에는 동일하며, 변형 방향에 관계없이 플라스틱 변형과 동일하며 작동 경화가 발전합니다.
등방성 경화 옵션은 일반적으로 단방향 굽힘만 발생하는 경우에 권장됩니다.
운동학: 구형 항복 곡면의 반지름은 변경되지 않고 유지되지만 구 위치는 변형 방향으로 간격띄우기됩니다. 항복 곡면의 점(변형 벡터의 끝)은 새로운 작동 경화 재질 강도(최대 응력)와 일치하지만 현재 변형의 방향으로만 일치합니다. 원래 중심(0 변형 조건)에서 변환된 구의 임의 점까지의 거리는 더 이상 일정하지 않습니다.
예: 초기 항복 강도(Sy)의 1.05배에 해당하는 최대 응력(SM)까지 발생하고 작동 경화될 때까지 재질이 +X 방향으로 변형(인장 변형)된다고 다시 가정합니다. 이제 변형의 방향을 반전시킵니다. 등방성 경화 옵션의 경우처럼 -SM의 응력에서는 항복이 다시 시작되지 않습니다. 대신 응력이 SM - (2 * Sy)와 동일한 더 작은 값이 됩니다. 구의 반지름은 변경되지 않으며 초기 항복 응력(Sy)과 관련된 상태로 유지됩니다. 이 현상은 변형 방향이 작동 경화 후에 변경될 때 항복을 재개하는 데 필요한 응력을 줄여줍니다. 간단히 말해, 이 옵션은 장력에서의 경화가 나중에 압축에서의 연화로 이어질 수 있는 경우를 캡처하도록 디자인되었습니다.
운동학 경화 옵션은 일반적으로 반대로 구부리는 주기가 발생하는 경우에 권장됩니다.
등방성 + 운동학 - 이 방법은 앞서 설명한 다른 두 가지 경화 옵션의 효과를 결합합니다. 구형 항복 곡면은 약간(등방성 옵션의 경우보다 작음) 확장됩니다. 마찬가지로 구는 약간(운동학 옵션의 경우보다 작음) 변환됩니다. 따라서 계산된 결과는 다른 두 가지 방법으로 예측된 결과 사이에 있습니다.