Materiały izotropowe i ortotropowe
Materiały izotropowe
Materiał jest izotropowy, jeżeli jego właściwości mechaniczne i termiczne są takie same we wszystkich kierunkach. Materiały izotropowe mogą mieć jednorodne lub niejednorodne struktury mikroskopowe. Na przykład: stal wykazuje zachowania izotropowe, mimo że jej struktura mikroskopowa jest niejednorodna.
Materiały ortotropowe
Mówimy, że materiał jest ortotropowy, jeżeli jego właściwości mechaniczne lub termiczne są różne i niezależne w trzech prostopadłych do siebie kierunkach. Przykładami materiałów ortotropowych są: drewno, wiele kryształów oraz metale walcowane.
Na przykład właściwości mechaniczne drewna w danym punkcie są opisywane w kierunkach: podłużnym, promieniowym i stycznym. Oś podłużna (1) jest równoległa do kierunku włókien, oś promieniowa (2) jest normalna do słojów rocznych, natomiast oś styczna (3) jest styczna do słojów rocznych.
Definiowanie właściwości ortotropowych dla brył
Kierunki ortotropowe materiału w komponencie są zdefiniowane w oparciu o wybraną geometrię odniesienia. Jeżeli część jest produkowana w sposób niezgodny z tym założeniem, to należy dokonać modelowania innych części, aby prawidłowo zdefiniować kierunki ortotropowe. Na przykład rozważmy część ukazaną na rysunku:
Część tą należy modelować jako dwie części: walec i arkusz planarny. Można następnie użyć płaszczyzny jako geometrii odniesienia w celu zdefiniowania kierunków ortotropowych materiału dla arkusza planarnego oraz osi walca jako geometrii odniesienia dla walca.
|
|
|
|
Kierunki X, Y i Z dla materiału ortotropowego, w przypadku wybrania płaszczyzny jako geometrii odniesienia. |
Kierunki promieniowy (X), styczny (Y) i osiowy (Z) dla materiału ortotropowego, w przypadku wybrania osi jako geometrii odniesienia. |
Definiowanie właściwości ortotropowych dla skorup
W przypadku skorupy planarnej, jako geometrię odniesienia należy wybrać płaszczyznę, która jest równoległa do skorupy. Osie X oraz Y leżą na płaszczyźnie, a oś Z jest normalna do tej płaszczyzny. W przypadku skorupy cylindrycznej, jako geometrii odniesienia należy użyć osi walca. Oś Y jest równoległa do osi walca, a oś X jest styczna.
|
|
|
|
Kierunki X, Y i Z materiału ortotropowego dla skorupy planarnej. |
Kierunki X i Y materiału ortotropowego dla skorupy cylindrycznej. |
W przypadku skorup kompozytowych, kierunki X, Y i Z dla definicji materiału ortotropowego są definiowane różnie dla każdej warstwy, zeleżnie od kąta warstwy. Geometria osniesienia nie jest uznawana za definicję materiału ortotropowego.
Generalnie oprogramowanie modyfikuje geometrię odniesienia w następujący sposób:
Oprogramowanie przekształca układ współrzędnych zdefiniowany przez geometrię odniesienia w taki sposób, że oś Z staje się normalna do płaszczyzny skorupy. Płaszczyzna skorupy jest definiowana przez 3 węzły narożne.
Jeżeli kąt pomiędzy osią X wybranej geometrii odniesienia i normalną do płaszczyzny skorupy jest większy od 45o, to program dokonuje rzutowania osi X geometrii odniesienia na płaszczyznę skorupy w celu zdefiniowania zmodyfikowanej osi X.
Jeżeli kąt pomiędzy osią X wybranej geometrii odniesienia i normalną do płaszczyzny skorupy jest mniejszy od 45o, to program dokonuje rzutowania osi Y geometrii odniesienia na płaszczyznę skorupy w celu zdefiniowania zmodyfikowanej osi X.
Następnie definiowana jest oś Y zmodyfikowanej geometrii odniesienia, dopełniająca prawoskrętny kartezjański układ współrzędnych.
Aby zdefiniować materiał ortotropowy, należy: