Materiais isotrópicos e ortotrópicos
Materiais isotrópicos
Um material é isotrópico se suas propriedades mecânicas e térmicas são as mesmas em todas direções. Os materiais isotrópicos podem ter estruturas microscópicas homogêneas ou não homogêneas. Por exemplo, o aço demonstra comportamento isotrópico, apesar de sua estrutura microscópica ser não homogênea.
Materiais ortotrópicos
Um material é ortotrópico se suas propriedades térmicas são únicas e independentes nas três direções mutuamente ortogonais. Exemplos de materiais ortotrópicos são a madeira, vários cristais e metais laminados
Por exemplo, as propriedades mecânicas da madeira em um determinado ponto são descritas nas direções longitudinais, radiais e tangenciais. O eixo longitudinal (1) é paralelo a direção da grã (fibra); o eixo radial (2) é normal aos anéis de crescimento e o eixo tangencial (3) é tangente aos anéis de crescimento.
Definição de propriedades ortotrópicas para sólidos
As direções de materiais ortotrópicos em um componente são definidas com base na geometria de referência selecionada. Se uma peça for manufaturada e isso não acontecer, então você deverá modelá-la com peças diferentes para definir adequadamente as direções ortotrópicas. Por exemplo, considere a peça mostrada na figura:
Você necessita modelar essa peça como duas: o cilindro e a folha plana. Você pode então usar um plano como geometria de referência para definir as direções de material ortotrópicas para a folha plana e o eixo do cilindro, como geometria de referência para o cilindro.
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As direções X, Y e Z para um material ortotrópico, quando um plano é usado como geometria de referência. |
As direções radial (X), tangencial (Y) e axial (Z) para um material ortotrópico, quando um eixo é usado como geometria de referência. |
Definição de propriedades ortotrópicas para sólidos
Para uma casca plana, selecione um plano que seja paralelo à casca como geometria de referência. Os eixos X e Y estão no plano e o eixo Z é normal ao plano. Para uma casca cilíndrica, selecione o eixo do cilindro como geometria de referência. O eixo Y é paralelo ao eixo do cilindro e o eixo X é tangencial.
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As direções X, Y e Z de um material ortotrópico para uma casca plana. |
As direções X e Y de um material ortotrópico para uma casca cilíndrica. |
Para cascas compostas, as direções X, Y e Z da definição do material ortotrópico são definidas de maneira diferente para cada camada, dependendo do ângulo da camada. A geometria de referência não é levada em consideração na definição do material ortotrópico.
Em geral, o software modifica a geometria de referência desta forma:
O software transforma o sistema de coordenadas definido pela geometria de referência de tal forma que o eixo Z se torna normal ao plano da casca. O plano da casca é definido pelos 3 nós dos cantos
Se o ângulo entre o eixo X da geometria de referência selecionada e a normal ao plano da casca for maior do que 45o, o programa projetará o eixo X da geometria de referência no plano da casca para definir o eixo X modificado.
Se o ângulo entre o eixo X da geometria de referência selecionada e a normal ao plano da casca for menor do que 45o, o programa projetará o eixo Y da geometria de referência no plano da casca para definir o eixo X modificado.
O eixo Y da geometria de referência modificada é então definido para completar um sistema destro de coordenadas Cartesianas.
Para definir um material ortotrópico: