Materiali isotropi e ortotropi
Materiali isotropi
Un materiale è isotropo se è caratterizzato da proprietà meccaniche e termiche identiche in tutte le direzioni. I materiali isotropi possono avere una struttura microscopica omogenea o eterogenea. Ad esempio, l'acciaio ha un comportamento isotropo benché la sua struttura microscopica sia eterogenea.
Materiali ortotropi
Un materiale è ortotropo se è caratterizzato da proprietà meccaniche o termiche uniche e indipendenti nelle tre direzioni reciprocamente perpendicolari. Alcuni esempi di materiali ortotropi sono il legno, molti cristalli e i metalli placcati.
Ad esempio, le proprietà meccaniche del legno in un punto sono definite dalle direzioni longitudinale, radiale e tangente. L'asse longitudinale (1) è parallelo alla direzione della fibra, l'asse radiale (2) è normale rispetto agli anelli e l'asse tangente (3) è tangente rispetto agli anelli.
Definizione delle proprietà ortotrope per i solidi
Le direzioni del materiale ortotropo per il componente sono definite in base alla geometria di riferimento selezionata. Se una parte è costruita in modo che questo presupposto non venga soddisfatto, è necessario modellarla come parti differenti per definire correttamente le direzioni ortotrope. Si considerino ad esempio le piegature della parte illustrata nella seguente figura:
È necessario modellare questa parte come due parti: il cilindro e il foglio planare. Quindi, è possibile utilizzare un piano come geometria di riferimento per definire le direzioni del materiale ortotropo per il foglio planare e l'asse del cilindro come geometria di riferimento per il cilindro.
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Le direzioni X, Y e Z per un materiale ortotropo quando viene utilizzato un piano come geometria di riferimento. |
Le direzioni radiale (X), tangenziale (Y) e assiale (Z) per un materiale ortotropo quando viene utilizzato un asse come geometria di riferimento. |
Definizione delle proprietà ortotrope per shell
Per uno shell planare, selezionare un piano parallelo allo shell come geometria di riferimento. Gli assi X e Y giacciono nel piano e l'asse Z è normale al piano. Per uno shell cilindrico, selezionare l'asse del cilindro come geometria di riferimento. L'asse Y è parallelo all'asse del cilindro e l'asse X è tangente.
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Le direzioni X, Y e Z di un materiale ortotropo per uno shell planare. |
Le direzioni X e Y di un materiale ortotropo per uno shell cilindrico. |
Per gli shell compositi, le direzioni X, Y e Z per la definizione del materiale ortotropico sono definite in modo diverso per ciascuno strato a seconda dell'angolo dello strato. La geometria di riferimento non è considerata per la definizione ortotropica del materiale.
In generale, il software modifica la geometria di riferimento:
Il software trasforma il sistema di coordinate definito dalla geometria di riferimento in modo che l'asse Z diventi normale al piano dello shell. Il piano dello shell è definito da tre nodi di angolo.
Se l'angolo tra l'asse X della geometria di riferimento selezionata e la normale al piano di shell è maggiore di 45o, il software proietta l'asse X della geometria di riferimento sul piano di shell per definire l'asse X modificata.
Se l'angolo tra l'asse X della geometria di riferimento selezionata e la normale al piano di shell è minore di 45o, il software proietta l'asse Y della geometria di riferimento sul piano di shell per definire l'asse X modificata.
Viene quindi definito l'asse Y della geometria di riferimento per completare il sistema di coordinate cartesiane di destra.
Per definire un materiale ortotropo: