Определение вещественных констант элемента

Вещественные константы элемента являются свойствами, которые зависят от типа элемента, например свойства сечения элемента в Beam3 (на основании предыдущего примера):

Main Menu > Preprocessor > Real Constants > Add/Edit/Delete

В окне Real Constants нажимаем кнопку Add... Открывшееся окно Element Type for Real Constants после нажатия ОК выводит на монитор окно Real Constants for BEAM3, в котором задаются следующие характеристики:

AREA — площадь поперечного сечения

IZZ — осевой момент инерции сечения

HEIGHT — высота сечения

SHEARZ — постоянная отклонения сдвига

ISTRN — начальная деформация

ADDMAS — дополнительная масса на единицу длины (рис.1.50).

Рис.1.50

Не все типы элементов требуют задания вещественных констант, а разные элементы одного типа могут иметь различные их значения. Так же, как и у типов элементов, каждый набор констант имеет номер ссылки.

Определение физических свойств материала

При использовании того или иного конечного элемента, как правило, нужно задавать физические свойства материала. Задание физических свойств материала осуществляется с помощью пункта главного меню

Main Menu > Preprocessor > Material Props > Material Models…

При этом выводится окно Material Model Behavior, в котором выбирают необходимые характеристики и задают их числовые значения (рис.1.51).

Рис.1.51

Это диалоговое окно разделено на две части. Слева (Material Models Defined) располагается перечень номеров моделей материалов, определенных на момент открытия окна (по умолчанию определено одно имя материала — Material Model Number 1). В правой части (Material Models Available) можно выбрать требуемую для решения задачи модель материала; здесь реализована древовидная структура, двигаясь по которой, переходят от общих пунктов к более детальным.

Для решения задач инженерной механики используется пункт Structural, щелчок мышью на котором открывает доступ к подпунктам Linear (линейное деформирование) и Nonlinear (нелинейное).

При необходимости можно использовать в рамках одной задачи несколько материалов с разными свойствами:

Define Material Model Behavior > Material > New Model…

В открывшемся окне вводится порядковый номер следующего материала; при этом в окне Material Models Defined появится новая строка — Material Model Number 2 и т.д.

Линейные свойства материала (Elastic) могут быть постоянными или зависеть от температуры, могут быть изотропными, ортотропными или анизотропными.

Можно задавать соответствующую направлению метку того или иного свойства, например, EX, EY, EZ для модуля упругости I рода. Если материал изотропный, то его свойства задаются только в направлении оси Х; свойства по остальным направлениям автоматически принимаются такими же.

С целью снижения объема вводимой информации по умолчанию в программе также принимается:

(коэффициент Пуассона);

(модуль сдвига).

Свойства материала, зависящие от температуры, в ANSYS задаются в виде полинома (от первого порядка до четвертого) или в виде табличных данных. Температуро зависимые свойства материала учитываются программой при составлении матриц элементов.

Нелинейные свойства материала (например, данные пластичности) обычно задаются в виде таблиц.

Аналогичным образом задаются анизотропные свойства упругости, которые вводятся в виде матрицы (отметим, что эти свойства отличаются от анизотропной пластичности, которая требует задания разных зависимостей растяжения-сжатия в разных направлениях). Анизотропную упругость поддерживают элементы PLANE13, SOLID5, SOLID64, SOLID98.

Рассмотрим пример, демонстрирующий задание нелинейной изотропной модели материала, использующей Voce law, в структурном анализе.

1. Выбираем пункт меню

Preprocessor >Material Props>Material Models

Появляется диалоговое окно Define Material Model Behavior.

2. В окне Material Models Available дважды щелкаем «мышью» по опциям Structural, Linear, Elastic, Isotropic.

3. Вводим значения свойств материала (модуль упругости EX и коэффициент Пуассона PRXY). OK. В окне Material Models Defined появляется метка используемого материала? Material Model Number 1.

4. В окне Material Models Available дважды кликните по следующим опциям: Nonlinear, Inelastic, Rate Independent, Isotropic Hardening Plasticity, Mises Plasticity, Nonlinear. Появляется диалоговое окно, включающее таблицу, в которой можно добавить столбцы температуры или ряды данных. Температурное поле завуалировано, так как ANSYS по умолчанию предполагает, что вводятся температуро независимые данные. Вследствие того, что в данном примере используются температуро зависимые свойства материала (включают две температуры), нужно добавить другой температурный столбец.

5. Нажимаем кнопку Add Temperature. Появляется второй столбец.

6. Вводим первую температуру в строке Temperature и столбце T1.

7. Вводим константы для первой температуры.

8. Вводим вторую температуру в строке Temperature и столбце T2 и константы для второй температуры.

Если есть необходимость ввода констант для третьей температуры, то следует разместить курсор в строке Temperature столбца T2, затем нажать Add Temperature. После этого появится третий столбец.

Рассматриваемая модель материала требует задания четырех констант для каждой из температур. При использовании другой модели, разрешающей большее количество констант, была бы активной кнопка Add Row.

9. Нажимаем OK. Закрывается диалоговое окно. Свойства, заданного материала появляются под Material Model Number 1.

Рассмотрим еще один пример, в котором необходимо внести изменения в данные модели материала.

Предположим, что предыдущий пример выполнен, и модель материала отображена в окне Material Models Defined.

Существуют два метода изменения данных: изменение данных внутри существующего свойства материала; копирование всего набора свойств материала из другой модели с последующим изменением свойств.

Пусть необходимо изменить заданные значения нелинейной изотропной модели.

Последовательность действий будет такой:

1. Дважды кликаем Nonlinear Isotropic. Появляется диалоговое окно.

2. Изменяем данные в соответствующих полях, OK.

Допустим, что одна модель материала построена, а вторая модель должна быть аналогична первой за исключением дополнительной температуры и соответствующих констант.

Выполняем следующие действия:

1. В диалоговом окне Define Material Model Behavior выбираем пункт меню Edit > Copy, затем выбираем 1 в Material number, и вводим 2 в Material number, OK. Окно Material Models Defined теперь содержит в своем списке Material Model Number 2. При этом свойства Material Model Number 2Material Model Number 1 будут одинаковыми.

2. Дважды кликаем по Nonlinear Isotropic под Material Model Number 2. Появляется диалоговое окно.

3. Ставим курсор на крайний правый ряд Temperature и нажимаем Add Temperature. Появляется столбец T3.

4. В этот новый столбец вводим значение температуры и четыре константы для этой температуры, OK. Диалоговое окно закрывается. Если вы щелкнуть Nonlinear Isotropic под Material Model Number 2, появится диалоговое окно с измененными данными.

Рассмотрим задание материала, исходя из комбинации двух моделей материала, и построим модель, моделирующую циклическое смягчение. Используются нелинейная изотропная модель и модель Chaboche.

1. Выбираем пункт меню

Preprocessor > Material Props > Material Models

Появляется диалоговое окно Define Material Model Behavior.

2. В окне Material Models Available дважды кликаем Structural, Linear, Elastic, Isotropic. Появляется диалоговое окно.

3. Вводим значения модуля упругости EX и коэффициента Пуассона PRXY).

4. В окне Material Models Available дважды щелкаем Nonlinear, Inelastic, Rate Independent, Combined Kinematic and Isotropic Hardening Plasticity, Mises Plasticity.

5. Дважды кликаем Chaboche and Nonlinear Isotropic. Появляется диалоговое окно для задания констант модели Chaboche.

6. Вводим первые три константы модели Chaboche.

7. Модель Chaboche позволяет задать большее количество констант. При необходимости ввода следующей константы нажимаем Add Row и вводим нужное значение.

8. OK, диалоговое окно закрывается, и появляется другое диалоговое окно для задания констант нелинейной изотропной модели.

9. Вводим константы, связанные с нелинейной изотропной моделью.

10. OK, диалоговое окно закрывается. Под Material Model Number 1 приведено следующее: Linear Isotropic, Chaboche, and Nonlinear Isotropic.