Materiaalimalli on rakenneanalyysin kulmakivi

14.09.2018

Nykyaikaiset rakenneanalyysiohjelmat sisältävät ison tukun materiaalimalleja erilaisten materiaalien simuloimiseksi. Abaqus-ohjelmasta ja 3DEXPERIENCEn SIMULIA-rooleista löydät mm. seuraavia mekaanisen käyttäytymisen kuvaamiseen tarkoitettuja materiaalimalleja:

  • Lineaariset elastiset mallit, isotrooppinen ja anisotrooppinen (useat materiaalit pienillä venymillä)
  • Hyperelastiset mallit, isotrooppinen ja anisotrooppinen (kumit, elastomeerit suurilla venymillä)
  • Elastis-plastiset mallit erilaisilla myötömekanismeilla (metallit, betoni, maaperä, kallio, ym. materiaalit kuormatasoilla, joilla syntyy pysyvää muodonmuutosta)
  • Viskoelastiset lineaariset ja epälineaariset mallit (muovit pitkäaikaiskuormituksessa)
  • Concrete damage plasticity (betonimalli, jossa mukana plastisuus ja vauriomallit erikseen vedolle ja puristukselle)

Materiaalimallilla tarkoitetaan yhtälöitä, joilla kuvataan materiaalin käyttäytyminen. Materiaalimallin yhtälöihin haetaan koetuloksiin sovittamalla materiaaliparametrien lukuarvot, joilla saadaan kyseinen malli kuvaamaan haluttua materiaalia.

Yksinkertaisimmillaan lineaarinen elastinen malli edellyttää kahden materiaaliparametrin, kimmokertoimen ja Poissonin luvun, määrittämistä.

Kun materiaalimalliin lisätään uusia ilmiöitä kuvaavia yhtälöitä, tarvitaan luonnollisesti lisää materiaaliparametreja. Plastisen muodonmuutoksen ottaminen huomioon edellyttää yksinkertaisimmillaan yhden lisäparametrin, myötörajan, määrittämistä. Kun siirrytään monimutkaisempiin materiaalimalleihin, kasvaa tarvittavien materiaaliparametrien lukumäärä nopeasti suureksi. Lisäksi käyttäjän voi olla hankala edes arvata joidenkin materiaaliparametrien suuruusluokkaa, vai osaako joku sanoa suuruusluokat Arruda-Boyce venymäenergiapotentiaalin kertoimille SI-yksikköjärjestelmässä ShA60 kumille? Käytännössä monimutkaisempien mallien parametrien arvot saadaan aina sovittamalla yksinkertainen testimalli koetuloksiin.

Kun materiaalimalli ja -parametrit on valittu oikein, saadaan ilmiöt kuvattua realistisesti vaativissakin tapauksissa. Kuvassa alumiiniprofiilin puristaminen eri kuormitusnopeuksilla.

Profiilinrunttaus

Erinomainen paikka etsiä tietoa materiaalimallien käyttämisestä, parametrien sovittamisesta, ym. on SIMULIA Learning Community. Sinne pääset täältä: https://www.3ds.com/products-services/simulia/simulia-academic-program/learning-community/
       
Jos sinulla on jo DS Passport -tunnukset, pääset sisään niillä. Jos tunnuksia ei vielä ole, saat tehtyä tilin rekisteröitymällä.