Моделирование материалов на платформе 3DEXPERIENCE

 

Материалы, применяемые в промышленном производстве, становятся все более совершенными, а прогнозирование их поведения является одной из самых важных и сложных инженерных задач. Свойства реальных материалов нелинейны, поэтому любое их представление или анализ должны точно описывать соответствующее физическое поведение материала во всех масштабах проявления свойств и при работе в любых конструкциях. Именно на решение этих вопросов нацелена технология моделирования материалов.

Задача, которая решается с помощью моделирования материалов, звучит так: «предсказать, как поведет себя материал в данных условиях, на основании результатов физических или математических экспериментов со свойствами материала». Как правило, задача возникает, когда материал подвергается такому внешнему воздействию, которое затруднительно или невозможно воспроизвести с помощью физического прототипа.

Решатель Abaqus всегда был надежной технологической базой для моделирования нелинейных свойств. Реагируя на растущий спрос на реалистичное моделирование сложного поведения материалов, Abaqus непрерывно расширяет возможности решателя и обогащается новыми функциями. Новый решатель позволяет точно описывать неупругое поведение металлов и с большой точностью моделировать пенистые материалы и полимеры, в том числе высокоэластичные (эластомеры).

В целом моделирование свойств эластомеров, резиновых смесей и полимеров остается достаточно сложной задачей. Для этих материалов характерны такие нелинейные эффекты, как влияние скорости нагружения на зависимость напряжения от деформации, явления гистерезиса, тиксотропное размягчение под влиянием деформирования (эффект Маллинза) и остаточная деформация после снятия нагрузки. Для работы с такими сложными эффектами в SIMULIA разработана универсальная среда моделирования, которая называется Parallel Rheological Framework, или PRF.

В принципе, PRF способна моделировать широчайший спектр эффектов, включая процесс нелинейной вязкоупругости, эффект Маллинза и остаточную деформацию. Функции среды PRF включают построение нескольких расчетных сетей, различное поведение буферных элементов (dashpots) в каждой сети, нелинейные упругие пружины, основанные на любом из потенциалов энергии деформации в Abaqus, гибкость в выборе долгосрочных и краткосрочных откликов, эффект Маллинза в пластичных и равновесных сетках.

Для реалистичного моделирования этих сложных нелинейных эффектов решающее значение имеет калибровка материала, то есть предварительный процесс определения свойств (таких как упругость или пластичность) из наборов данных, полученных в ходе испытаний материала. Калибровка представляет собой основу для точного моделирования видимого поведения материала с использованием суррогатных математических моделей (абстракций).

Калибровка модели материала является тем ключом, который открывает двери к любой модели материалов SIMULIA. Таким образом, калибровку материалов можно к базовым технологиям, в том смысле, что она открывает возможность последующего применения технологий моделирования материалов. SIMULIA даже выпустила специальное приложение для калибровки материала, которое работает на платформе 3DEXPERIENCE. Это быстрый и эффективный инструмент, который позволяет вводить данные испытаний, а затем выполнять описанную выше калибровку, после чего материал можно моделировать в среде PRF в режиме реального времени.

Мы живем в эпоху материалов: они становятся все более совершенными, их свойства непрерывно улучшаются, а возможности увеличиваются. Новые материалы делают наш мир более безопасным и здоровым, а порой просто более интересным. Многие из этих материалов обладают уникальными свойствами. Трудно, а порой невозможно точно спрогнозировать, как они поведут себя в разных условиях и ситуациях. Моделирование и калибровка — эти две технологии помогут инженерам добиться максимальной эффективности применения новых материалов с точки зрения потребительских свойств, качества и экологичности.

Если вы хотите узнать больше о моделировании материалов, калибровке или о специализированном приложении для калибровки на платформе 3DEXPERIENCE, посмотрите запись вебинара «Реалистичные материалы: моделирование и калибровка». Полезную информация на эту тему можно найти и на сайте сообщества SIMULIA Learning Community.