Összetett hiperelasztikus anyagmodell fejlesztése és implementálása Abaqus végeselemes szoftverben saját mérések segítségével
Az utóbbi időben egyre nagyobb teret nyert az elasztomerek, és egyéb polimerek mechanikai modellezése, melynek oka, hogy ezen anyagokat egyre szélesebb körben kezdték alkalmazni. Ebből kifolyólag több modellezési koncepció, és számos modell látott napvilágot melyeket egytől-egyig ugyanaz a cél vezérelt: megragadni minél pontosabban a fizikai valóságot az adott anyagcsalád viselkedésében. Ezen modellek validálásához különböző típusú mérések is szükségesek, melyek leggyakrabban egy- illetve kéttengelyű anyagvizsgálatok. Egy kiválasztott anyagmodell paramétereinek meghatározását a mérési adatokon alapuló paraméter-illesztési feladattal elvégzésével láthatjuk el. Ezek alapján tervezhetővé válik az adott anyag mechanikai viselkedése, illetve adott szükségletekre történő méretezése is, melyet végeselemes modellezés segítségével hatékonyan lehet kivitelezni tetszőleges térbeli geometriák, terhelések és kényszerek esetén is.
Véges rugalmas alakváltozásra képes anyagok mechanikai modellezésére a legelterjedtebb a hiperelasztikus anyagmodell család használata. A hiperelasztikus modellek jellemzője, hogy tisztán rugalmas alakváltozást írnak le, minden egyéb fizikai hatást nélkülözve. Ugyanakkor fontos tulajdonságuk, hogy ezen modellek továbbfejleszthetőek, viszonylag egyszerűen lehet például viszkoelasztikus modellekké alakítani őket a geometriai nemlinearitások megtartása mellett. A legtöbb hiperelasztikus modellt gumiszerű anyagok mechanikai modellezésére használják, azok viselkedésének megfigyelések alapján történő leírására, kihasználva a közelítést, hogy az anyag térfogatilag közel összenyomhatatlan. A modellek jellemzője az erősen nemlineáris viselkedés a feszültség és az alakváltozás között, mely szintén nagyban megnehezíti a modellalkotási feladatot. Ezen tulajdonság jellemzően egy kezdeti lágyulás és egy későbbi keményedés formájában jelenik meg leggyakrabban, de ez nem törvényszerű megállapítás. Mindazonáltal a különböző modellek a mai napig sem egységesek, és univerzális modell sem került még kidolgozásra. Számos elterjedt modellcsalád létezik, melyek mind különböző matematikai vagy fenomenológiai megfontolások alapján kerültek kidolgozásra. A kutatók elsődleges célja ezen anyagmodellek kifejlesztése során a kísérletek által megfigyelt anyagi viselkedés minél pontosabb és célratörőbb leírása.
Jelen dolgozat egy új, összenyomhatatlan anyagok modellezésére használható hiperelasztikus modellt javasol. Bemutatásra kerül a modell teljeskörű vizsgálata elméleti szemszögből megközelítve, ideértve a homogén terhelési esetekhez tartozó feszültségmegoldásokat is. A dolgozat ezen felül mérési adatokat is közöl egy-, illetve kéttengelyű mérési esetekre, mely méréseket a szerző maga végzett szilikon alapanyagú próbatesteken. Az kifejlesztett új hiperelasztikus anyagmodell pontosságát végeselemes szimulációk segítségével illusztrálja a dolgozat, ehhez a modell Abaqus végeselemes szoftver számára írt felhasználói szubrutin (UHYPER) formájában került felhasználásra.
Irodalom:
1. Holzapfel, G.A. Nonlinear solid mechanics: a continuum approach for engineering. Wiley and Sons, Chichester, 2000.
2. Bergstrom JS. Mechanics of Solid Polymers: Theory and Computational Modeling. Elsevier Science, San Diego, CA, USA, 2015.
szerző
-
Havasi Kristóf
Gépészeti modellezés mesterképzési szak
mesterképzés (MA/MSc)
konzulens
-
Dr. Kossa Attila
Egyetemi docens, Műszaki Mechanikai Tanszék
