مدل‌سازی مواد غیرخطی
در نرم‌افزار آباکوس، مدل‌سازی مواد غیرخطی شامل شبیه‌سازی رفتارهایی است که در آن‌ها رابطه تنش-کرنش خطی نیست و ماده پس از رسیدن به یک نقطه خاص، تغییرات دائمی یا پیچیده‌ای را تجربه می‌کند. این رفتارها شامل پلاستیک، خستگی و ترک‌خوردگی هستند که در تحلیل‌های مختلف به‌ویژه برای شبیه‌سازی‌های شکست و آسیب ماده اهمیت دارند. در ادامه به توضیح این رفتارها و نحوه مدل‌سازی آن‌ها در آباکوس پرداخته می‌شود.
1. مدل‌سازی رفتار پلاستیک در آباکوس
رفتار پلاستیک به‌عنوان رفتار غیرخطی ماده تعریف می‌شود که در آن ماده پس از رسیدن به یک تنش خاص، تغییر شکل دائمی پیدا می‌کند. برای مدل‌سازی پلاستیک در آباکوس، از مدل‌های مختلفی استفاده می‌شود که رفتار پلاستیک ماده را در حالت‌های مختلف بارگذاری شبیه‌سازی می‌کنند.
الف) مدل‌های رایج پلاستیک
- مدل پلاستیک الاستیک (Elastic-Plastic Model): این مدل برای مواد فلزی استفاده می‌شود که پس از رسیدن به حد تسلیم، تغییر شکل دائمی انجام می‌دهند.
- مدل‌های تسلیم خطی و غیرخطی: برای مواد با رفتار پیچیده‌تر مانند مواد پلیمری یا کامپوزیتی از مدل‌های غیرخطی مانند مدل von Mises برای فلزات یا مدل Drucker-Prager برای مواد دانه‌ای استفاده می‌شود.
ب) تعریف پلاستیک در آباکوس
برای تعریف پلاستیک در آباکوس، باید یک ماده جدید با خواص پلاستیک ایجاد کرد. این خواص شامل:
- تنش تسلیم (Yield Stress): حدی که ماده قبل از شروع تغییر شکل پلاستیک به آن نقطه می‌رسد.
- مدول سختی (Hardening): این پارامتر تعیین می‌کند که چگونه مقاومت ماده در برابر تغییر شکل پس از رسیدن به نقطه تسلیم تغییر می‌کند.
- مدول یانگ و نسبت پواسون: برای شبیه‌سازی دقیق رفتار الاستیک قبل از رسیدن به نقطه تسلیم.
2. مدل‌سازی خستگی در آباکوس
خستگی به رفتار ماده تحت بارگذاری‌های چرخه‌ای و مکرر اشاره دارد که منجر به شکست در تعداد دفعات مشخصی از چرخه‌ها می‌شود. در شبیه‌سازی‌های خستگی، آباکوس از مدل‌های مختلف برای پیش‌بینی عمر خستگی و شروع ترک استفاده می‌کند.
الف) مدل‌های خستگی
- مدل آسیب خستگی: این مدل برای تحلیل عمر خستگی استفاده می‌شود و به تحلیل تغییرات میکروسکوپی در ماده در اثر بارگذاری‌های چرخه‌ای می‌پردازد.
- مدل‌های چرخه‌ای: مدل‌هایی مانند مدل Miner’s Rule برای پیش‌بینی شکست خستگی با در نظر گرفتن بارگذاری‌های مختلف.
ب) تعریف خستگی در آباکوس
در آباکوس می‌توان مدل‌های خستگی را برای مواد مختلف وارد کرد. این شامل داده‌های تجربی از آزمایش‌های خستگی است که به نرم‌افزار کمک می‌کند تا پیش‌بینی‌هایی در مورد عمر و شکست ماده تحت بارگذاری‌های چرخه‌ای ارائه دهد.
3. مدل‌سازی ترک‌خوردگی در آباکوس
ترک‌خوردگی یکی از مهم‌ترین مسائل در تحلیل‌های شکست است. آباکوس ابزارهایی برای شبیه‌سازی شروع و گسترش ترک‌ها دارد. در این نرم‌افزار، مدل‌های ترک‌خوردگی به شبیه‌سازی رفتار ترک در مواد مختلف کمک می‌کنند.
الف) مدل‌های ترک‌خوردگی
- مدل‌های شکست فتودینامیک: این مدل‌ها برای شبیه‌سازی گسترش ترک‌ها در ساختارهای تحت بارگذاری هستند.
- مدل‌های انرژی شکست: این مدل‌ها به‌ویژه برای مواد شکننده و سخت کاربرد دارند و شامل استفاده از معیارهای انرژی برای پیش‌بینی گسترش ترک در ساختار می‌شود.
- مدل‌های گسل (Cohesive Zone Models): این مدل‌ها برای شبیه‌سازی رفتار سطح اتصال و پیش‌بینی شروع ترک در مرزها و اتصالات استفاده می‌شود.
ب) تعریف ترک‌خوردگی در آباکوس
برای مدل‌سازی ترک‌خوردگی در آباکوس، نیاز است که معیارهای شکست و خواص ترک‌خوردگی در مواد تعریف شوند. این شامل:
- معیارهای شکست: معیارهایی مانند معیار کریتریال حداکثر تنش (Maximum Stress Criterion) یا معیار انرژی شکست (Fracture Energy Criterion) که برای پیش‌بینی شروع و گسترش ترک استفاده می‌شوند.
- استفاده از المان‌های خاص ترک: آباکوس المان‌هایی برای مدل‌سازی ترک‌های باز و بسته دارد که به‌طور ویژه برای تحلیل ترک‌خوردگی استفاده می‌شوند.
4. فرآیند تحلیل با رفتار غیرخطی
برای شبیه‌سازی رفتارهای غیرخطی مانند پلاستیک، خستگی و ترک‌خوردگی در آباکوس، مراحل مختلفی باید دنبال شوند:
- تعریف ماده و خواص آن: ابتدا باید ویژگی‌های ماده را وارد کرده و مشخص کنید که ماده از چه نوعی است (پلاستیک، خستگی، ترک‌خوردگی).
- ایجاد هندسه و مش: پس از تعریف ماده، هندسه مدل و شبکه‌بندی مش را تعریف کنید.
- اعمال بارگذاری و شرایط مرزی: بارگذاری‌های مورد نظر را به مدل اعمال کرده و شرایط مرزی مناسب را مشخص کنید.
- اجرای تحلیل: پس از آماده‌سازی مدل، تحلیل را با استفاده از روش‌های غیرخطی مانند تحلیل‌های استاتیک غیرخطی، دینامیک غیرخطی یا تحلیل‌های شکست انجام دهید.
- تفسیر نتایج: نتایج به‌دست‌آمده شامل مقادیر تنش، کرنش و ترک‌خوردگی را برای پیش‌بینی رفتار مدل تحت بارگذاری‌های مختلف مورد بررسی قرار دهید.
نتیجه‌گیری
مدل‌سازی رفتارهای غیرخطی مانند پلاستیک، خستگی و ترک‌خوردگی در آباکوس برای تحلیل‌های دقیق و قابل اعتماد ضروری است. این نرم‌افزار ابزارهایی پیشرفته برای شبیه‌سازی این رفتارها فراهم کرده که به مهندسان این امکان را می‌دهد تا تحلیل‌های دقیق‌تری انجام دهند و عمر و شکست مواد را تحت شرایط مختلف پیش‌بینی کنند.
