Metalen legeringen modelleren in Abaqus voor nauwkeurige structurele simulaties

Misschien wel de meest voorkomende en toch belangrijke ingenieursmaterialen zijn de metalen legeringen. Metaallegeringen worden gebruikt in objecten van wolkenkrabbers tot miniatuur elektronische apparaten. Ingenieurs worden vaak gevraagd om via simulatie de sterkte en duurzaamheid van deze structuren te evalueren. Materialmodellen zijn sleutelcomponenten in deze simulaties. Daarom moeten ingenieurs begrijpen welke materialmodellen voor metalen gebruikt worden en hoe deze gedefinieerd zijn.

Het Abaqus Unified FEA product heeft krachtige materiaalmodelleeringsmogelijkheden. Het heeft materialmodellen voor metaalplasticiteit, kruip, schade, etc. Natuurlijk bevat Abaqus ook materialmodellen voor andere materialen zoals rubber, beton, gronden, etc., maar die zijn onderwerpen voor een andere dag.

Abaqus-gebruikers moeten zich bewust zijn welke modellen het meest geschikt zijn voor hun toepassingen. Plasticiteitsdefinities die geschikt zijn voor eenvoudige monotone belastingsscenario's, kunnen van weinig nut zijn voor complexere cyclische belastingsscenario's. Het materialmodel kan veranderen als de toepassing verandert, zelfs als het materiaal hetzelfde is.

Meeste Abaqus-gebruikers hebben de eenvoudigere materialmodellen zoals lineaire elasticiteit en isotrope-verhardingsplasticiteit ontmoet. Ze zijn zich misschien niet bewust dat zelfs de basismodellen geavanceerde functies hebben als temperatuurafhankelijkheid en snelheidsafhankelijkheid. De materialmodellen voor geavanceerde materiaalgedragingen in cyclische belasting of onder extreme belasting zijn minder bekend. Abaqus bevat materialmodellen die realistisch gedrag kunnen voorspellen voor herhaalde toepassing van vervorming. Abaqus heeft schademodellering om materiaalscheiding onder extreme omstandigheden te simuleren.

Ontdekken welke materialmodellen beschikbaar zijn voor een toepassing is slechts een begin. Materialmodellen zijn parametrisch en simulatie-ingenieurs worden geconfronteerd met de taak om de parameters te definiëren zodat het materialmodel specifiek is voor hun behoeften. Ze moeten weten hoe de parameters gedefinieerd zijn en de valkuilen van onjuiste parameterwaarden. Ruisterige testdata voor een plasticiteitsverhardingscurve moet verwerkt en geglad worden. Een verhardingscurve die niet-monotoon is, zal problematisch zijn.

De taak om zelfs de meest basale metaalmaterialmodellen te definiëren, kan gecompliceerd worden door gebrek aan informatie. De vloeispanning voor een metaallegering kan gegeven zijn als een 2% offsetwaarde in referenties. Is dit de juiste waarde voor de vloeispanning in een Abaqus plasticiteitsdefinitie? Als niet, waarom niet en hoe kan een correct materialmodel gedefinieerd worden zonder de juiste vloeispanning? Eenassige testdata wordt vaak gebruikt om metaalplasticiteit te definiëren, maar plasticiteit in simulaties overschrijdt vaak de plasticiteit bij aanvang van nekvorming. Hoe kunnen plasticiteitsdefinities uitgebreid worden buiten het bereik van de beschikbare data?

Een uitgebreide beschrijving van materiaalmodellering voor metaallegeringen past niet in het kader van een e-seminar. Noch kan elke vraag volledig beantwoord worden. Gelukkig zijn er veel bronnen beschikbaar voor SIMULIA-softwaregebruikers. De SIMULIA community is een goed startpunt voor wie aanvullende informatie zoekt over materiaalmodellering en SIMULIA in het algemeen. De Dassault Systèmes Knowledge Base bevat veel nuttige entries, en trainingscursussen zijn ook beschikbaar.

Geïnteresseerd in dit onderwerp? Neem deel aan de eSeminar op 23 juni: Material Modeling of Metals in Abaqus. Registreer hier.