Einrichtung der Eigenschaften der anisotropen Materialien

Anisotropen Materialien unterscheiden sich von den Isotropen in ihren physikalischen Eigenschaften (Elastizität, Poisson-Koeffizienten, Wärmeleitfähigkeit, etc.) und haben unterschiedliche Werte je nach räumlicher Orientierung des physischen Körpers. Unter der Vielzahl von anisotropen Baustoffen, haben die sogenannten orthotropen und transversal isotropen Materialien der größten praktischen Wert. AutoFEM ermöglicht die Beteiligung der beiden Arten dieser Materialien in der Studie.

 

Orthotrope Materialien

Das orthotrope Material ist eine Art des anisotropen Materials, das drei zueinander orthogonale Flächen elastischer Symmetrie besitzt, entlang welcher seine Eigenschaften unverändert bleiben. Solche Materialien sind beispielsweise verschiedene Kristalle und Verbundmaterialien mit einer regelmäßigen Struktur (z.B. geschichteter glasfaserverstärkter Kunststoff oder Gewebe aus Glas-Kunststoff-Verbindung).

Für die orthotrope Materialien kann die generalisierte Form des Hooke-Gesetzes wie folgt beschrieben werden:

       

Von 12 Koeffizienten dieser Gleichung (elastische Konstanten), sind nur neun unabhängig, da für die Symmetrie des richtigen Begriffs der verallgemeinerten Hooke-Gesetz gilt, die folgenden Verhältnisse resultieren:

       

Schubmodule Gij sind unabhängig der anderen elastischen Konstanten.

Zum Einrichten des orthotrope Material bei seiner Erstellung sollte man seinen Typ als "Orthotrope" definieren. Dann sollte man  die physikalischen Eigenschaften des Materials entlang jeder Achse einrichten.

Transversal isotrope Materialien

 

Das transversal isotrope Material ist eine Vielzahl von anisotropen Materialien, bei welchen für jeden Punkt es eine Ebene der elastischen Symmetrie existiert, entlang welchen sich das Material entlang allen Richtungen nicht ändert. Mit anderen Worten, zwei von drei Koeffizienten der Elastizität dieses Materials sind gleich E = Ex = Ey, während die dritte nicht ist: E '= Ez -. Solche Materialien umfassen zum Beispiel Holz von Protokollen (Ez entlang der Radius gerichtet), Papier und Sperrholz (E '= Ex = Ey in der Ebene des Sperrholz und E = Ez in der Richtung senkrecht zu der Ebene aus der Sperrholzplatte).

Für die transversal isotrope Materialien, sieht die verallgemeinerte Hooke Gesetz wie folgt aus:

Das transversal isotrope Material wird mit den folgenden elastischen Konstanten gekennzeichnet: Elastizitätsmodul E, Poisson-Koeffizient ν und Schubmodul G, tätig in den Symmetrieebenen;

.

In allen Ebenen, die orthogonal zu den Symmetrien sind, funktionieren das Elastizitätsmodul E ', Poisson-Koeffizient ν' und Schubmodul G ', für bestimmte Materialien, kann die Gleichung erfüllt sein:

.

Für die Einrichtung des transversal isotropen Materials, bei der Erstellung eines solches, sollten Sie den Typ «Transversal isotrop" wählen, wonach der Dialog zur Einrichtung der  Eigenschaften des Materials angezeigt wird.

Einrichtung der Anisotropie Achsen

Um Probleme zu lösen, die Körper von anisotropen Materialien enthalten, ist es entscheidend, vor der Berechnung eine korrekte Bestimmung der Hauptrichtungen der Elastizität für jede Stelle vorzunehmen. Zu diesem Zweck muss der Benutzer, die "Anisotropieeigenschaften" im Kontextmenü auf dem Körper (oder eine Gruppe von Körpern) wählen. Bezüglich der Eigenschaften des Materials sollte die Art des letzteren gewählt werden: "Orthotrope" oder "Transversal isotrop".

In dem sich öffnenden Dialog muss der Benutzer die lokale Koordinatensysteme, und dessen Orientierung der Hauptachsen der Elastizität des orthotropen Materials bestimmen .

Die Richtung der Elastizitätsachsen werden durch das Koordinatensystem, voreingestellt für jeden Körper bestimmt. Das gleiche orthotrope Material kann für mehrere Objekte voreingestellt werden und für jede Körper, können die Richtungen der Symmetrieachse durch das separate Koordinatensystem eingestellt werden. Die Hauptrichtungen der Elastizität (senkrecht zu den Symmetrieebenen) werden entlang der Achsen des Koordinatensystems orientiert, aufgeführt für jeden Körper. Die Standard Elastizitätachsen stimmen mit den Achsen des globalen Koordinatensystems überein.

Die Schaltflächen "um X, Y, Z. .. rotieren" richten die Drehung der Material Elastizitätsachsen relativ zu den Achsen des ausgewählten Koordinatensystem ein.

Um zu sehen, welches System von Koordinaten zu einem gegebenen orthotropen Körper bezogen ist, muss man die Anisotropie Eigenschaften für den Körper im Baum der Studie erneut aufrufen.

 
Für die transversal isotropen Körper gibt es eine Option zum Einrichten der Anisotropie-Parameter auf die körpereigene Geometrie. Um dies zu tun, muss der Benutzer in der Einstellung der Achsen der Anisotropie "Normale bis Facette verwenden" wählen und die Flächen wählen, die normal zu der Richtung E '= Ez gesetzt werden sollen.
Diese Methode erlaubt es, die Parameter des transversal isotropes Material für Körper der komplexen räumlichen Konfiguration,auch gewölbte Formen, zu definieren.

Eine Verkleidung aus transversal isotropem Material.

Die Anisotropie Achse liegt auf der Normalen zur Oberfläche.

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