Kalibracija materialov je ključnega pomena v sodobnem inženirskem svetu, saj omogoča natančno napovedovanje obnašanja materialov pod različnimi pogoji obremenitve, temperature ali okolja. Brez ustrezne kalibracije so simulacije nezanesljive, kar lahko vodi do napačnih odločitev v fazi načrtovanja, prekomernih varnostnih faktorjev ali celo do odpovedi izdelkov v praksi. S pravilno kalibriranimi materiali lahko inženirji optimizirajo konstrukcije, zmanjšajo stroške razvoja in povečajo varnost ter zanesljivost končnih izdelkov. V tem blogu si bomo pogledali lasntosti aplikacije Material Calibration, in napredne možnosti njene uporabe.
Aplikacija Material Calibration nam omogoča definicijo osnovnih (plastičnost kovinskih materialov, tabuliranje izotropne materialne plastičnosti) in naprednih (hiper-elastičnost, elastomerne pene ter viskoelastičnost) materialnih lastnosti. Prav tako nam da dostop do naprednih optimizacijskih orodij ter definicije drobljivih pen. Kalibriramo pa lahko materiali tudi na osnovi končnih elementov.
1. Plastična analiza kovinskih materialov
Strukturni testi kovinskih materialov so ena izmed najbolj pomembnih testov, ki morajo biti opravljeni, ko se srečamo z določenim materialom. Izris Stress vs. Strain krivulje nam omogoča vpogled v obnašanje materiala, ko ta podleže napetostim.
Ko modeliramo obnašanje materialov, program sprejme nekaj predpostavk:
- Materiali se pri majhnih obremenitvah deformirajo elastično
- Elastična deformacija je linearna
- Materiali se pri višjih obremenitvah deformirajo plastično
- Meja plastičnosti je odvisna le od materiala
- Vsi matematični modeli so skupki elastičnih in plastičnih modelov
Uvažanje testnih podatkov
Ker v tem primeru obravnavamo material, ki je že bil testiran, lahko excel tabelo s podatki s funkcijo import uvozimo direktno v program. Samodejno se nam izriše tudi krivulja.
Podatke lahko tudi adaptiramo na specifičen model, ki je bil uporabljen za testiranje materiala in tako standardiziramo njihove vrednosti.
Podatke po maksimalni napetosti lahko izbrišemo, in prilagodimo krivuljo matematičnem modelu. Simulacija sama izračuna konstante, ki so potrebne.
Preverimo lahko tudi novo prilagajanje grafa testnim podatkom.
Podobno krivuljo lahko adaptiramo tudi s tabularnim modelom.
2. Modeliranje hiper-elastičnosti
Hiperelastičnost je materialno vedenje, značilno za gumam podobne materiale, ki se lahko zelo raztegnejo in nato povrnejo v prvotno obliko brez trajne deformacije. Ti materiali imajo nelinearen odziv že pri majhnih napetostih, pri čemer se njihova napetost-deformacijska krivulja določa s posebnimi konstitutivnimi modeli, kot so Mooney-Rivlin, Neo-Hookean ali Ogden. Hiperelastični modeli temeljijo na energiji deformacije in omogočajo natančno simulacijo mehanskega vedenja materialov z velikimi elastičnimi deformacijami.
V aplikaciji Material Calibration lahko iz podatkov, ki smo jih pridobili z eksperimentalnim delom modeliramo Stress vs. Strain krivuljo tudi za hiper-elastične materiale v enosmernih in večsmernih obremenitvah.
Program nam tako izpiše pričakovane krivulje materialnih lastnosti, ki jih bomo morali prilagoditi.
Nastavimo materialno simulacijo in izračunamo zahtevane parametre za generacijo pravilnih krivulj.
Kot vidimo, se krivulje podatkom veliko bolje prilegajo. Poskusimmo lahko še adaptacijo krivulj z različnimi modeli.
Opazimo da se začetna krivulja prilega najbolje, zato lahko s funkcijo Create Material lastnosti izvozimo kot nov material.
3. Modeliranje viskoelastičnosti
Modeliranje viskoelastičnosti opisuje materiale, ki združujejo lastnosti elastičnih trdnih snovi in viskoznih tekočin, kar pomeni, da se odzivajo tako na trenutne kot na časovno odvisne obremenitve. Takšni materiali, kot so nekateri polimeri, mehka tkiva in bitumni, kažejo časovno odvisno deformacijo, pri čemer se odziv spreminja glede na hitrost in trajanje obremenitve. Za simulacijo tega vedenja se uporabljajo matematični modeli, ki temeljijo na kombinacijah vzmeti in dušilcev, kot so Maxwellov, Kelvin-Voigtov in bolj kompleksni konstitutivni modeli, s katerimi je mogoče zajeti tako takojšnji odziv kot tudi sproščanje napetosti skozi čas.
Iz meritev podatkov materialnih lastnosti smo prejeli podatke za Stress vs. Strain krivulje v odvisnosti od časa. Program na začetku zelo slabo prilagoti materialne krivulje, zato bomo morali podatke kalibrirati.
Po izvajanju kalibracije podatke lahko popišemo tudi v časovni logaritmični skali in jih pregledamo v zvezi z adaptiranimi krivuljami.
Če vas zanimajo dodatne informacije in zmožnosti aplikacije Material Calibration nas kontaktirajte preko elektronske pošte (info@ib-caddy.com) ali pa prek telefonske številke (01) 566 12 55.