Materialmodelle sind wichtig für die Beschreibung, die Vorhersage und das Verständnis des physischen Verhaltens eines Materials. Sie beschreiben die Reaktionen des Materials auf äußere Reize wie Kraft, Wärme oder elektrische Spannung. Die meisten Materialmodelle sind phänomenologischer Natur und basieren eher auf experimentellen Daten und Beobachtungen als auf zugrunde liegenden physikalischen Prinzipien. Ein klassisches Beispiel ist das Hookesche Gesetz, das die lineare Elastizität beschreibt und in verschiedenen Bereichen weit verbreitet ist. Viele Vereinfachungen und Annahmen sind notwendig, um phänomenologische Materialmodelle rechnerisch nutzbar zu machen, was jedoch ihre Verwendung auf bestimmte Betriebsbedingungen einschränkt. Daher ist es wichtig, vor der Verwendung von Materialmodellen in realen Anwendungen ihre Reaktionen in typischen Belastungskonfigurationen zu verstehen. Diese Konfigurationen, die als Standardversuche bekannt sind, dienen als Benchmarks für die Validierung. In diesem Blog-Beitrag werden wir uns ansehen, wie man ein numerisches Modell in der Software COMSOL Multiphysics® testet.
Dies ist der zweite Teil unserer Blog-Reihe über die Arbeit mit numerischen Materialmodellen. Im ersten Teil der Reihe haben wir gezeigt, wie man Parameter von Materialmodellen abschätzt. Hier können Sie Teil 1 lesen.
Materialtests und das Feature Test Material
Einige gängige Arten von Materialtests, die in Laboren durchgeführt werden, werden in unserem Blog-Beitrag Obtaining Material Data for Structural Mechanics from Measurements erläutert. Es gibt jedoch Unterschiede zwischen der Prüfung eines bestimmten Materials und der Prüfung eines entsprechenden numerischen Materialmodells. Wie im Blog-Beitrag erwähnt, ist Gummi von Natur aus elastisch, wird aber beim Eintauchen in flüssigen Stickstoff so spröde wie Glas. Umgekehrt wird Glas, das von Natur aus spröde ist, beim Erhitzen viskoelastisch. Somit können unterschiedliche Materialmodelle erforderlich sein, um das Verhalten eines Materials unter verschiedenen Einsatzbedingungen genau zu beschreiben. Wenn ein bestimmtes Material in einem Labor getestet wird, beeinflussen zahlreiche Faktoren die Testergebnisse, wie beispielsweise die Größe und Geometrie des Prüflings, die angewandten Lasten, die Randbedingungen, die Betriebsbedingungen und die Zeitabhängigkeit. Numerische Tests eines bestimmten Materialmodells sind dagegen oft einfacher, da weniger Betriebsparameter verwendet werden.
Die meisten Materialmodelle sind phänomenologischer Natur und stellen mathematische Annäherungen an ein tatsächliches physikalisches Verhalten dar. Diese Modelle basieren auf experimentellen Messungen, die durch verschiedene Standardversuche gewonnen wurden. Obwohl phänomenologische Modelle nicht aus den Gesetzen der Physik abgeleitet werden, setzen diese Gesetze dennoch Grenzen für die mathematische Struktur von Materialmodellen und die möglichen Werte von Materialeigenschaften. Daher ist es wichtig, dass die Materialeigenschaften selbst bei bewährten Materialmodellen sorgfältig ausgewählt und ihre Reaktionen auf verschiedene Standardversuche ausgewertet werden. Darüber hinaus gibt es noch weitere Gründe, ein numerisches Materialmodell mit verschiedenen Tests zu prüfen, wie zum Beispiel:
- Bewertung der Korrektheit der Materialeigenschaften durch Vergleich numerischer und experimenteller Ergebnisse
- Ermittlung des gültigen Belastungs- und Beanspruchungsbereichs vor Durchführung der numerischen Simulation
- Überprüfung der Richtungsabhängigkeit von Spannungs- und Dehnungskomponenten
- Überprüfung auf Materialinstabilitäten, wie beispielsweise Grenzpunktinstabilität
Mit Version 6.1 der Software COMSOL Multiphysics wurde im Interface Solid Mechanics ein neues Feature namens Test Material eingeführt, mit dem verschiedene Materialmodelle anhand einer Reihe von Standardversuchen getestet werden können. Diese Materialtests sind mit dem Feature Test Material verfügbar:
- Uniaxialer Versuch
- Biaxialversuch
- Scherversuch
- Isotroper Versuch
- Ödometerversuch
- Triaxialversuch
Einstellungen für das Feature Test Material“ mit der ausgewählten Option Monotonic .
Die Auswahl des Gebiets in den Einstellungen des Features bestimmt, welches Materialmodell getestet wird. Benutzer können die Auswahl des Gebiets eines Features Test Material jederzeit ändern oder mehrere Test Material Features verwenden, um mehrere Materialmodelle zu testen. Das Feature enthält einen Schaltflächenordner namens Automated Model Setup im Abschnitt Material Tests. Wenn Sie auf die Schaltfläche Set up Tests klicken, werden die folgenden Aktionen ausgeführt:
- Eine neue 3D-Komponente wird erstellt.
- Es wird eine Geometrie eines 3D-Blocks mit vordefinierter Größe erstellt. Die Größe wird durch Specimen size definiert; der Standardwert ist ein 1 Meter großer Block.
- Das Interface Solid Mechanics wird zu der Komponente hinzugefügt. Die Diskretisierung der Verschiebung ist auf linear eingestellt.
- Randbedingungen und Lasten, die den ausgewählten Tests entsprechen, werden dem Interface Solid Mechanics hinzugefügt.
- Ein Netzknoten mit einem einzelnen Element wird erstellt.
- Ein neuer stationärer oder zeitabhängiger Studienknoten wird hinzugefügt.
- Der stationären oder zeitabhängigen Studie wird eine Stoppbedingung hinzugefügt. Diese Bedingung beendet die Last, wenn das Element vollständig kollabiert ist.
- Eine Reihe von Standard-Plots wird zu dem Knoten Results hinzugefügt.
Beachten Sie, dass die Probengröße einige Materialmodelle beeinflusst. In solchen Fällen muss die Größe des 3D-Blocks geändert werden, was durch Auswahl der benutzerdefinierten Option in der Liste Specimen size möglich ist.
Die für verschiedene Tests verwendete Geometrie. Die Zahlen geben die Auswahlnummern der Ränder in COMSOL Multiphysics an.
Die Materialprüfungen können entweder stationär oder zeitabhängig sein. Transiente Versuche sind wichtig für die Prüfung zeitabhängiger Materialmodelle wie Kriechen, Viskoelastizität, usw. Der Studientyp kann über die Liste Study setup ausgewählt werden. Wenn die zeitabhängige Option ausgewählt wird, erscheint in der Benutzeroberfläche eine zusätzliche Eingabe für die Testzeit. Neben der Liste Study setup wird in der Liste Test setup auch die Einrichtung der Materialtests definiert. Zu den Optionen hierfür gehören:
- Monotonic: Materialmodelle ohne Hysterese und Dissipationseffekte können durch monotone Versuche ausreichend beschrieben werden. Zu den gängigen Beispielen für solche Materialmodelle gehören elastische Materialien, bei denen das Be- und Entlasten des Materials dieselbe Spannungs-Dehnungs-Reaktion hervorruft. Mit der Option Monotonic können Sie die Anzahl der Messpunkte für die ausgewählten Materialtests ändern. Alle sechs Materialtests sind mit dieser Option verfügbar.
- Cyclic: Bei Materialmodellen, die unelastische Effekte beinhalten, sind naturgemäß Hysterese und Dissipation vorhanden. Ihre Be- und Entlastungsreaktionen sind unterschiedlich. Für solche Materialmodelle ist es notwendig, zyklische Materialtests durchzuführen. Jedes elastoplastische Material kann in diese Kategorie fallen. Mit der Option Cyclic können Sie neben der Anzahl der Messpunkte auch die Anzahl der Zyklen anpassen. Mit dieser Option sind nur uniaxiale und isotrope Versuche verfügbar.
- User defined: Mit dieser Option können Sie Materialtests mithilfe einer Funktion durchführen, die in Form von Hauptdehnungen oder -kräften formuliert ist. Diese Option bietet mehr Flexibilität als die ersten beiden Optionen. Bei einer stationären Studie wird ein Hilfsparameter als unabhängiger Parameter für eine Funktion benötigt, während die Zeit als unabhängiger Parameter für eine Funktion in zeitabhängigen Studien fungiert. Bei dieser Option sind nur uniaxiale, biaxiale und isotrope Versuche verfügbar.
Im nächsten Abschnitt dieses Blog-Beitrags besprechen wir die Einrichtung der einzelnen Materialtests.
Die verschiedenen Materialtestoptionen
Uniaxialer Versuch
Testschema: die vorgeschriebene normale Verschiebung des Randes 6; die normalen Verschiebungen der Ränder 1, 2 und 3 sind eingeschränkt.
Zugversuche werden häufig bei der Arbeit mit Metallen eingesetzt. Durch diesen Test können Materialeigenschaften wie der Elastizitätsmodul, die Poisson-Zahl oder die Streckgrenze ermittelt werden. Für manche Materialien, die eine geringe Kapazität für Zuglasten aufweisen (wie zum Beispiel Beton), ist der uniaxiale Druckversuch dem uniaxialen Zugversuch vorzuziehen. Mithilfe des Features Test Material können uniaxiale Zug- und Druckversuche eingerichtet werden, um die uniaxialen Spannungs-Dehnungs-Beziehungen, die Kaltumformung für elastoplastische Modelle, Hysterese im Material und mehr zu bestimmen. Um einen uniaxialen Versuch mit dem Feature Test Material durchzuführen, muss der Dehnungsbereich angegeben werden. Die minimale Dehnung \lambda_\textrm{min} gibt die Druckfestigkeit an und die maximale Dehnung \lambda_\textrm{max} die Zugfestigkeit. Die Eingabe muss die Beziehung \lambda_\textrm{min} < \lambda_\textrm{max} erfüllen.
Der bereits erwähnte Blog-Beitrag Obtaining Material Data for Structural Mechanics from Measurements enthält eine Animation, die einachsige Zug- und Druckversuche für drei verschiedene Materialmodelle veranschaulicht: ein linear elastisches Material, ein elastoplastisches Material mit isotroper Verfestigung und ein elastoplastisches Material mit kinematischer Verfestigung. Ähnliche Ergebnisse können leicht mit dem Feature Test Material generiert werden. Das Feature automatisiert die Modellerstellung, die für die Durchführung verschiedener Materialtests erforderlich ist, und stellt wichtige Ergebnisse als Standard-Plots dar. Dadurch wird der gesamte Materialprüfungsprozess optimiert, sodass Sie die Aktion mit nur einem Klick ausführen können, anstatt das Modell manuell einrichten zu müssen.
Sobald die Ergebnisse der Materialtests ausgewertet wurden, können die automatisch generierten Knoten in der Baumstruktur des Model Builder einfach über die Schaltfläche Remove Tests des Features Test Material entfernt werden. Dadurch wird sichergestellt, dass Nutzer zur Hauptsimulation wechseln können, sobald die erforderlichen Tests für das ausgewählte Materialmodell durchgeführt wurden.
Die Spannungs-Dehnungs-Reaktion aus einachsigen Zug- und Druckversuchen für verschiedene Materialmodelle unter Verwendung des Features Test Material.
Lassen Sie uns nun die Bedeutung der numerischen Materialmodellprüfung für ein komplexeres konstitutives Gesetz untersuchen. In Ref. 1 wird ein Materialmodell mit neun Parametern nach Mooney-Rivlin (MR) vorgestellt, das durch zusätzliche dehnratenabhängige Terme ergänzt und speziell auf ein Polyharnstoff-Elastomer zugeschnitten ist. Das verallgemeinerte, nahezu inkompressible MR-Material wird durch eine Dehnungsenergiedichtefunktion charakterisiert, die wie folgt ausgedrückt wird:
Für ein Mooney-Rivlin-Material mit neun Parametern sind m= 3, n= 1 und C_{00} = C_{13} = C_{31} = C_{23} = C_{32} = C_{33} = 0. In Ref. 1 wird eine modifizierte Form der Dehnungsenergiedichte in Abhängigkeit von der Dehnungsrate vorgeschlagen:
Dabei sind \mu der Dehnungsratenparameter, \dot{\epsilon} eine wahre Dehnungsrate und \dot{\epsilon}_\textrm{ref} eine Referenz-Dehnungsrate. Die aus den Zugversuchen ermittelten Materialeigenschaften sind:
| C_{10} \mathrm{(MPa)} | C_{01} \mathrm{(MPa)} | C_{20} \mathrm{(MPa)} | C_{02} \mathrm{(MPa)} | C_{11} \mathrm{(MPa)} | C_{30} \mathrm{(MPa)} | C_{03} \mathrm{(MPa)} | C_{12} \mathrm{(MPa)} | C_{21} \mathrm{(MPa)} | \kappa \;\mathrm{(MPa)} | \mu |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 203 | -185 | 28,146 | 27,379 | -55,745 | 3264 | -7800 | 14,219 | -14,283 | 3600 | 0.17 |
Die von den Autoren in Ref. 1 vorgeschlagene Modifikation fügt der ursprünglichen MR-Dehnungsenergiedichtefunktion einen Multiplikationsfaktor hinzu. Ihr erster Lastfall betrachtet \dot{\epsilon} = \dot{\epsilon}_\textrm{ref} = 0,02/s, wodurch die modifizierte Dehnungsenergiedichte auf die ursprüngliche MR-Dehnungsenergiedichte reduziert wird. In diesem Fall werden einachsige Zug- und Druckversuche unter Verwendung des Features Test Material durchgeführt. Die Ergebnisse des uniaxialen Zugversuchs stimmen qualitativ mit den in Ref. 1 berichteten Ergebnissen überein, aufgrund der unterschiedlichen Proben, die für die numerischen Simulationen verwendet wurden, sind jedoch einige kleine Unterschiede zwischen den Werten zu erwarten. Dennoch sind die Ergebnisse des uniaxialen Druckversuchs nicht physikalisch, da die uniaxiale Spannung nach einer bestimmten Kompression positiv für die Druckdehnung wird. Außerdem schlägt eine Simulation fehl, sobald die Spannungs-Dehnungs-Kurve eine nicht positive Steigung aufweist. Dies zeigt deutlich das Risiko bei der Anwendung von Materialmodellen mit Kurvenanpassung außerhalb des Bereichs der Spannungszustände, bei denen die Messungen durchgeführt wurden. In diesem Fall ist das Materialmodell nur für Zugspannung gültig. Wenn Sie also über eine Reihe von Materialparametern verfügen, bei denen Sie sich über die Herkunft nicht sicher sind, kann es notwendig sein, die Reaktion unter verschiedenen relevanten Spannungszuständen zu überprüfen.
Die Bilder links und rechts zeigen die Spannungs-Dehnungs-Reaktion von uniaxialen Zug- und Druckversuchen.
Das Beispiel Concrete Damage–Plasticity Material Tests in der Application Library verwendet das Feature Test Material um das Verhalten eines gekoppelten Schaden-Plastizitäts-Betonmodells für verschiedene Belastungsbedingungen zu untersuchen. In diesem Beispiel werden drei uniaxiale Tests durchgeführt:
- Uniaxialer monotoner Zug und Druck
- Uniaxiale zyklische Belastung (Zug zu Druck zu Zug)
- Uniaxiale zyklische Belastung (Druck zu Zug)
Links: Die Spannungs-Dehnungs-Reaktion aus uniaxialen monotonen Zug- und Druckversuchen. Rechts: Die Spannungs-Dehnungs-Reaktion aus einem uniaxialen zyklischen Belastungstest (Zug, Druck, Zug). Die gestrichelte schwarze Kurve zeigt die Spannungs-Dehnungs-Reaktion eines monotonen uniaxialen Tests.
Die Ergebnisse der uniaxialen monotonen Zug- und Druckversuche zeigen die charakteristische Unähnlichkeit von Beton bei Druck im Vergleich zu Zug. Die Ergebnisse der zyklischen Tests zeigen aufgrund irreversibler Verformung einen großen Unterschied im Vergleich zum monotonen Test. Die gesamte verfügbare plastische Verformung im zyklischen Versuch tritt auf, wenn die Probe unter Zugspannung gesetzt wird und zu reißen beginnt. Daher tritt bei Umkehrung der Spannung in Druck keine plastische Verfestigung auf; stattdessen ist die Reaktion elastisch, bis die Erweichung einsetzt.
Biaxialversuch
Testschema: Die vorgeschriebenen normalen Verschiebungen der Ränder 5 und 6; die normalen Verschiebungen der Ränder 1, 2 und 3 sind eingeschränkt.
Bei anisotropen Materialien wird die Spannungs-Dehnungs-Beziehung kompliziert, und um das konstitutive Gesetz zu charakterisieren, müssen wir die Multiaxialität von Spannungen und Dehnungen berücksichtigen. Der Biaxialversuch erzeugt einen Zustand mehrachsiger Belastung, der die Bewertung der Materialreaktion unter kombinierten Zug-, Druck- und Scherbeanspruchungen ermöglicht. Genau wie bei einem uniaxialen Test benötigt der Biaxialtest die Eingaben \lambda_\textrm{min} und \lambda_\textrm{max} durch den Nutzer. Außerdem benötigt der Biaxialversuch ein Biaxialitätsverhältnis, \beta. Das Biaxialitätsverhältnis bestimmt die Größe der Last in der zweiten Hauptrichtung.
Im Beispiel Concrete Damage–Plasticity Material Tests wird das Feature Test Material verwendet, um einen monotonen zweiachsigen Druckversuch durchzuführen. Die Spannung in einer Hauptrichtung weist eine andere Beziehung zu den Dehnungen in drei Hauptrichtungen auf, was mehr Aufschluss gibt als die Ergebnisse des zuvor besprochenen einachsigen Versuchs.
Die Spannungs-Dehnungs-Reaktion aus einem biaxialen monotonen Druckversuch.
Das Beispiel Primary Creep Under Nonconstant Load in den Application Libraries zeigt, wie das Feature Test Material verwendet werden kann, um das Kriechverhalten von Material unter nicht konstanter einachsiger und zweiachsiger Belastung zu bewerten. Für das Norton-Kriechmodell stehen analytische Formeln zur Verfügung, sodass das Feature Test Material verwendet werden kann, um Versuche einzurichten und die numerischen Ergebnisse mit analytischen oder experimentellen Ergebnissen zu vergleichen.
Scherversuch
Testschema: die vorgeschriebenen tangentialen Verschiebungen der Ränder 1 und 6; die normalen Verschiebungen der Ränder 1, 3 und 6 sind beschränkt.
Scherversuche sind wichtig, um die Reaktion eines Materials auf Scherbelastung zu verstehen und Materialeigenschaften wie den Schubmodul zu bestimmen. Viele Materialien reagieren zwar gut auf Zug- und Druckbelastung, sind jedoch aufgrund von innerem Gleiten oder Verrutschen von Materialschichten möglicherweise nicht gut für Scherbelastung geeignet. Bei Anwendungen, bei denen Scherbelastungen vorherrschen, muss die Reaktion des Materials auf solche Belastungen vor der Verwendung beurteilt werden. Das Feature Test Material beinhaltet eine einzelne Eingabe für den maximalen Scherwinkel, \theta_\textrm{max}, um einen einfachen Scherversuch durchzuführen.
In Estimating Hyperelastic Material Parameters via a Lap Joint Shear Test, einem Gastbeitrag im COMSOL Blog, wird ein einfacher Scherversuch beschrieben. In dem Blog-Beitrag werden die experimentellen Ergebnisse des Scherversuchs verwendet, um die Materialeigenschaften eines hyperelastischen Yeoh-Materialmodells auf der Grundlage eines Kurvenanpassungsansatzes zu ermitteln. Die Dehnungsenergiedichte für ein nahezu inkompressibles Yeoh-Material wird wie folgt geschrieben:
wobei \bar{I}_1 die erste isochore Invariante des elastischen rechten Cauchy-Green-Verformungstensors und J_\textrm{el} der elastische Volumenanteil ist. Die nach der Optimierung erhaltenen Materialeigenschaften sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.
| Materialeigenschaften | Value (MPa) |
|---|---|
| c_1 | 0.656 |
| c_2 | 0.034 |
| c_1 | -0.00072 |
| \kappa | 656 |
Für diesen Blog-Beitrag werden die im Gast-Blog-Beitrag vorgestellten Ergebnisse hier wiedergegeben und dargestellt (in den folgenden Grafiken).
Links: Die Kraft-Weg-Kurven aus den experimentellen Ergebnissen und der numerischen Simulation des Versuchs. Rechts: Die Schubspannungs-Schubdehnungs-Kurve basierend auf einem Durchschnitt über das Gebiet der numerischen Simulation.
In diesem Blog-Beitrag verwenden wir das konstitutive Gesetz und die Materialeigenschaften aus dem oben genannten Blog-Beitrag und führen einen einfachen Scherversuch mit dem Feature Test Material durch. Die aus dem Feature Test Material erhaltene Schubspannungs-Schubdehnungs-Kurve ist der Kurve aus dem oben genannten realen Versuch sehr ähnlich. Die Probe im realen Versuch ist so konzipiert, dass sie so genau wie möglich eine homogene reine Scherung induziert. Dadurch ist ein Vergleich mit der Reaktion aus dem Feature Test Material möglich.
Die Schubspannungs-Schubdehnungs-Reaktion aus einem Scherversuch mit dem Feature Test Material.
Isotroper Versuch
Testschema: Die vorgeschriebenen normalen Verschiebungen der Ränder 4, 5 und 6; die normalen Verschiebungen der Ränder 1, 2 und 3 sind beschränkt.
Die konstitutiven Gesetze von Böden, Beton und Gestein sind nichtlinear und elastoplastischer Natur. Im Gegensatz zu Metallen kann die Plastizität in Böden aufgrund ihrer Abhängigkeit vom hydrostatischen Druck nicht als J2-Plastizität klassifiziert werden. Der isotrope Kompressionsversuch ist ein grundlegender Test in der Bodenmechanik, da Böden keine Spannung aushalten können. Er kann eingesetzt werden, um die Reaktion eines Bodens auf dreiachsige Kompression zu verstehen. Genau wie beim einachsigen Test benötigt der isotrope Test \lambda_\textrm{min} und \lambda_\textrm{max} als Eingabe im Feature Test Material.
Das Beispiel Isotropic Compression with Modified Cam-Clay Material Model in den Application Libraries zeigt die Verwendung des Features Test Material, um eine isotrope Kompressionsreaktion eines modifizierten Cam-Clay-Materialmodells zu generieren. Die Beziehung zwischen der Porenzahl und dem Logarithmus des Drucks kann aus dem Test gewonnen werden, was eine grundlegende Beziehung für dieses konstitutive Gesetz darstellt.
Porenzahl und Kompressionsreaktion aus einem isotropen Versuch.
Ödometerversuch
Testschema: die vorgeschriebene normale Verschiebung von Rand 6; die normalen Verschiebungen aller anderen Ränder sind beschränkt.
Der Ödometerversuch ist eine spezielle Art des einachsigen Versuchs, bei dem ein Rand entweder gedehnt oder gestaucht wird, während die anderen Ränder eingespannt sind. Dieser Test wird in der Bodenmechanik auch als Konsolidierungstest bezeichnet und dient zur Bestimmung der Konsolidierungseigenschaften von Böden unter vertikalen Lasten. Es gibt nur eine Eingabe, \lambda_\textrm{min}, im Feature Test Material, um diesen Test durchzuführen.
Triaxialversuch
Testschema: isotrope Kompression im ersten Schritt. Im zweiten Schritt wird die normale Verschiebung am Rand 6 vorgeschrieben; die normalen Verschiebungen der Ränder 1, 2 und 3 sind beschränkt.
Der Triaxialversuch wird häufig eingesetzt, um die physikalischen Eigenschaften, die Spannungs-Dehnungs-Reaktion und das Versagenskriterium von Böden und Gesteinsmaterialien unter mehrachsigen Spannungsbedingungen zu bestimmen. Wie bereits erwähnt, hängen die Plastizitätsmodelle von Böden sowohl von der Schubspannung als auch von der Mittelspannung ab; daher sind Triaxialversuche wichtig, um ihr Verhalten zu verstehen. Der Triaxialversuch besteht aus zwei Schritten: Der erste Schritt ist die isotrope Kompression und der zweite Schritt ist die einachsige Kompression. Im ersten Schritt werden die Böden verfestigt und je nach Verfestigung ändert sich der nachfolgende Spannungspfad aufgrund der durch den zweiten Schritt erzeugten Schubspannung. Das Feature Test Material hat zwei Eingaben für den Triaxialtest: erstens die In-situ-Spannung \sigma_\textrm{ins} und zweitens die axiale Dehnung \lambda_\textrm{min}.
In unserem Blog-Beitrag Analyzing Triaxial Testing Methods for Geomechanics wird der Triaxialversuch und seine Bedeutung für die Geomechanik erörtert. Im Beispiel Triaxial Test in den Application Libraries wird ein Triaxialversuch detailliert eingerichtet. In diesem Beispiel wird ein linear elastisches Material mit einem Drucker-Plager-Plastizitätsmaterialmodell getestet. Wenn der Triaxialversuch mit dem Feature Test Material in der vorhandenen Konfiguration ausgeführt wird, stimmen die Ergebnisse mit denen im Beispiel überein. Das Feature Test Material stellt eine schnelle und einfache Alternative zur vorhandenen detaillierten Modellkonfiguration dar.
Von-Mises-Spannung und axiale Dehnung aus einem Triaxialversuch.
Beachten Sie, dass die hier dargestellten Schemata und Beschreibungen die Eingaben in Bezug auf die Dehnungsbereiche berücksichtigen. Wenn Test setup auf User Defined eingestellt ist, erscheint eine zusätzliche Eingabe, Test control. Wenn Test control auf force-driven eingestellt ist, können Eingaben in Bezug auf den Druck erfolgen.
Zusammenfassung
Numerische Materialmodelle müssen vor der Verwendung in groß angelegten Simulationen durch einfache Materialtests bewertet und getestet werden. Das Feature Test Material ist hierfür ein wertvolles und praktisches Werkzeug. Mit dem Feature Test Material können Sie ganz einfach mehrere Versuche einrichten, die Materialreaktion bewerten und die automatisch generierten Modellknoten löschen, wenn diese nicht mehr benötigt werden.
Referenz
- D. Mohotti et al., “Strain rate dependent constitutive model for predicting the material behaviour of polyurea under high strain rate tensile loading,” Materials & Design, vol. 53, pp. 830–837, 2014.
Weitere Ressourcen
Weitere Informationen zu Materialmodellen und -tests finden Sie in diesen Blog-Beiträgen:
Kommentare (0)