Моделирование тестовых испытаний материалов по определению деформационного поведения материалов в пакете программ ls-dyna

МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕСТОВЫХ ИСПЫТАНИЙ МАТЕРИАЛОВ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ДЕФОРМАЦИОННОГО ПОВЕДЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ В ПАКЕТЕ ПРОГРАММ LS-DYNA

,

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
Институт теоретической и прикладной механики им.
Сибирского отделения Российской академии наук, 630090, г. Новосибирск, Россия

При численном моделировании деформационных процессов в твердых телах для тех или иных задач требуется задание моделей поведения и свойств материалов, которые не всегда известны. Верификацию и корректировку моделей материалов выгодно проводить при моделировании тестовых испытаний материалов – испытаний, выполненных согласно стандартам и позволяющих получить экспериментальные кривые зависимости напряжения от деформации. Сопоставление экспериментальных данных и численного моделирования позволяет учесть разбиение материала на конечные элементы, задание граничных условий, выявить допустимые и недопустимые упрощения компьютерной модели. Кроме того, для подобных задач имеется ряд аналитических решений позволяющих оценивать погрешность численного счета.

Целью настоящей работы является выбор оптимальной модели материала для численного моделирования механических испытаний образцов из эпоксидной смолы на одноосное растяжение и трехточечный изгиб.

В качестве объекта исследования выбрана эпоксидная смола как доступный материал, простой в обработке, используемый в создании композитных материалов.

В ходе работы были изготовлены и испытаны прямоугольные образцы размером 150x10x4мм и 80x10x4 мм для одноосного растяжения (ГОСТ 11262-80) и изгиба (4648-71) соответственно. Построены диаграммы «сила-перемещение», определены модуль Юнга, максимальное напряжение, напряжение разрушения. В пакете программ LS-DYNA реализовано моделирование одноосного растяжения и изгиба с различным разбиением модели и различными моделями поведения материалов, построены графики зависимости усилия от перемещения. Приведены аналитические решения задач растяжения и изгиба в рамках теории упругости.

Так в результате моделирования в LS-DYNA одноосного нагружения двухлопаточного образца (рис.1).

© ,   2013

Рис. 1 Разбиение двухлопаточного образца на конечные элементы

Используемая модель материала MAT_ELASTIC,

Условия нагружения заданы как перемещение набора узлов лопатки со скоростью 5 мм/мин. Условия закрепления определены как ограничение перемещения набора узлов противоположной лопатки по всем координатам.

Для разрушения использовалась модель *MAT_ADD_EROSION с пределом прочности

Рис. 2 Сравнение экспериментальных кривых (слева) и результата численного моделирования (справа)

Результаты компьютерного моделирования сопоставлены с экспериментальными данными (рис.2). Из графиков видно, что описание поведения эпоксидного образца имеет совпадение в упругой области. Дальнейшее описание упругой моделью не соответствует реальному поведению материала, т. е. модель материала MAT_ELASTIC не пригодна для описания эпоксидной смолы. Использование модели MAT_PIESEWISE_PLASTICITY позволяет задавать свойства материала как интерполяционный полином зависимости «напряжение-деформация» способно воспроизводить поведение во всем диапазоне напряжений.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Hallquist John O. LS-DYNA Theory manual, Livermore: 2006. LS-DYNA keyword user’s manual // Livermore software technology corporation. 2012. Vol. 1-2, , Гудьер Дж.  Теория упругости. Москва, Наука. 1978.