Materialmodellierung von Metallen in Abaqus

Die vielleicht gebräuchlichsten und doch wichtigsten technischen Materialien sind Metalllegierungen. Metalllegierungen werden in Objekten von Wolkenkratzern bis hin zu elektronischen Miniaturgeräten verwendet. Ingenieure werden oft gebeten, durch Simulation die Festigkeit und Dauerhaftigkeit dieser Strukturen zu bewerten. Materialmodelle sind Schlüsselkomponenten dieser Simulationen. Daher müssen Ingenieure verstehen, welche Materialmodelle für Metalle verwendet werden und wie diese Materialmodelle definiert sind.

Das Abaqus Unified FEA-Produkt verfügt über leistungsstarke Materialmodellierungsfunktionen. Es enthält Materialmodelle für Metallplastizität, Kriechen, Beschädigung usw. Natürlich enthält Abaqus Materialmodelle für andere Arten von Materialien wie Gummi, Beton, Erde usw., aber das sind Themen für einen anderen Tag.

Die Benutzer von Abaqus sollten sich bewusst sein, welche Modelle für ihre Anwendungen am besten geeignet sind. Plastizitätsdefinitionen, die für einfache monotone Belastungsszenarien geeignet sind, können für kompliziertere zyklische Belastungsszenarien von geringem Nutzen sein. Das Materialmodell kann sich ändern, wenn sich die Anwendung ändert, obwohl das Material selbst dasselbe ist.

Die meisten Abaqus-Anwender kennen die einfacheren Materialmodelle wie lineare Elastizität und isotrop-härtende Plastizität. Sie wissen möglicherweise nicht, dass selbst die Basismodelle erweiterte Funktionen wie Temperaturabhängigkeit und Geschwindigkeitsabhängigkeit aufweisen. Die Materialmodelle für erweitertes Materialverhalten bei zyklischer Belastung oder unter extremer Belastung sind weniger bekannt. Abaqus enthält Materialmodelle, die ein realistisches Verhalten bei wiederholter Belastung vorhersagen können. Abaqus verfügt über eine Schadensmodellierung, um die Materialtrennung unter extremen Bedingungen zu simulieren.

Herauszufinden, welche Materialmodelle für eine Anwendung verfügbar sind, ist nur ein Anfang. Materialmodelle sind parametrisch und die Simulationsingenieure stehen vor der Aufgabe, die Parameter so zu definieren, dass das Materialmodell spezifisch für ihre Bedürfnisse ist. Sie müssen wissen, wie die Parameter definiert werden, und sie müssen die Fallstricke bei der Verwendung falscher Parameterwerte kennen. Verrauschte Testdaten für eine plastische Härtekurve müssen verarbeitet und geglättet werden. Eine nicht monotone Aushärtungskurve ist problematisch.

Die Aufgabe, selbst die grundlegendsten Metallmaterialmodelle zu definieren, kann durch einen Mangel an Informationen erschwert werden. Die Streckgrenze für eine Metalllegierung kann in Referenzen als 2% Offset-Wert angegeben werden. Ist dies der geeignete Wert für die Fließgrenze in einer Abaqus-Plastizitätsdefinition? Wenn nicht, warum nicht und wie kann ein geeignetes Materialmodell ohne die richtige Fließgrenze definiert werden? Uniaxiale Testdaten werden häufig verwendet, um die Metallplastizität zu definieren, aber die plastische Dehnung in Simulationen übersteigt oft die plastische Dehnung zu Beginn der Einschnürung. Wie können Plastizitätsdefinitionen über den Bereich der verfügbaren Daten hinaus erweitert werden?

Eine umfassende Beschreibung der Materialmodellierung für Metalllegierungen passt nicht in den Rahmen eines E-Seminars. Auch kann nicht jede Frage vollständig beantwortet werden. Glücklicherweise stehen den Benutzern der SIMULIA-Software viele Ressourcen zur Verfügung. Die SIMULIA-Community ist ein guter Ausgangspunkt für diejenigen, die zusätzliche Informationen zur Materialmodellierung und SIMULIA im Allgemeinen suchen. Die Wissensdatenbank von Dassault Systèmes enthält viele hilfreiche Einträge und es sind auch Schulungskurse verfügbar.

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