Программное обеспечение Composite

В среде АПМ композитные свойства могут быть заданы через свойства материалов. Самый простой случай – прямое задание анизотропных свойств через матрицу упругих характеристик первого и второго рода.

На основе введённых упругих характеристик материала строится матрица жёсткости, которую тоже можно корректировать.

Однако, таким образом можно задать свойства материалов, армированных гранулами или короткими волокнами, приняв для расчёта уже усреднённые характеристики. Этим же способом задаются характеристики материала монослоёв, из которых состоит ламинат. Ламинат характеризуется следующими свойствами:

• Ламинат состоит из объединённых по высоте ортотропных монослоев, расположенных под определённым углом в общей плоскости ламината;
• Толщина ламината мала по сравнению с другими линейными размерами;
• Перемещения точек ламината малы по сравнению с толщиной;
• Нормальные и касательные напряжения в вертикальной плоскости пренебрежительно малы;
• Поперечные перемещения точек ламината есть линейные зависимости от вертикальной координаты;
• Все монослои подчиняются закону Гука;
• Отсутствует проскальзывание между монослоями;
• Толщина ламината постоянна в пределах одного КЭ.

Таким образом, ламинат может быть задан пластинами, у которых назначено свойство материала «Слоистый композит».

Как видно из диалога настройки свойств слоистого композита, каждый монослой может задаваться своим материалом, изотропным или анизотропным, иметь свою толщину и угол укладки.

На основе выбранных материалов и введённых значений толщин и углов укладки формируется матрица с итоговыми упругими характеристиками.

В основу создания итоговой матрицы слоистого композита заложена математика классической теории ламинатных пластин (Basics of Laminate Theory). Матрица A связывает деформации с усилиями при растяжении / сжатии, матрица D – кривизны и моменты при изгибе, а матрица B связывает изгибные деформации с усилиями в плоскости пластины и деформации в плоскости пластины с моментами.

После задания свойств материала одним из важнейших условий правильного задания слоистого композита является указание локальной системы координат (ЛСК) пластины. Именно от X-направления ЛСК пластины откладываются углы укладки. Z-направление сопряжена с направлением укладки стопки монослоёв, положительная сторона (Z+) строится из монослоя с №1, а отрицательная сторона (Z-) – связана с наибольшим номером.

При корректном задании ЛСК пластин отображение ламината будет представлять из себя линии цвета материала монослоёв, принимающие участие в укладке.

Если выбрать объёмное отображение пластин, то будет видна стопка монослоёв с соответствующими углами укладки.

Итоговая картина карта результатов перемещений в вертикальной плоскости для комбинации загружений, состоящей из растяжений в двух направлениях и сдвигающей нагрузки имеет вид приведенный на рисунках ниже.

Для просмотра результатов по деформациям и напряжениям по толщине пластины, а не только по поверхностям монослоёв, существует специальный механизм среза композита.

Для вычисления коэффициентов запаса при расчёте заданных загружений анализируется заданные предельные значения напряжений при растяжении, сжатии и на сдвиг для материала монослоёв. В алгоритм заложено использование нескольких критериев: максимальных напряжений, максимальных деформаций и Цая-Хилла. В итоге можно увидеть как значения запасов как для выбранного монослоя, так и величины для самого нагруженного монослоя.

В случае, если толщина пластины значительна, и поперечные сдвиговые напряжения и деформации не могут считаться незначительными, то вместо тонкой пластины (тип DKT) необходимо назначить тип MITC, который указанные поперечные сдвиговые величины учитывает.