Définition des types de modèles de matériaux SOLIDWORKS Simulation Premium

Simulation SOLIDWORKSPremium propose 11 types de modèles de matériaux qui influenceront les résultats d'une analyse linéaire ou non linéaire. Ces types de modèles se retrouvent dans lePropriété dans les propriétés du matériau (voir la figure 1) et seront définis individuellement dans cet article. Ces définitions ne sont pas exhaustives. Elles sont destinées uniquement à donner aux utilisateurs de SOLIDWORKS Simulation Premium une compréhension générale du fonctionnement de chaque modèle de matériau dans le solveur.

Figure 1 : Liste des types de modèles de matériaux dans SOLIDWORKS Simulation Premium

Les trois principaux modèles de matériaux énumérés (voir figure 1) sont des modèles de matériaux élastiques. Cela signifie qu'ils ne sont précis que dans la zone élastique de la courbe contrainte-déformation (voir figure 3) du matériau appliqué au modèle étudié. Tant que le matériau soumis à la charge présente une contrainte maximale toujours dans la zone élastique, il retourne à l'état de précharge une fois la charge relâchée.

Types de modèles de matériaux SOLIDWORKS Simulation Premium

• Linéaire élastique isotropique doit être appliqué aux matériaux qui sont matériellement les mêmes dans les directions X, Y et Z, et est défini par deux constantes de matériau (module d'élasticité et coefficient de Poisson). Cela signifie que si l'utilisateur devait appliquer une force dans la direction X, Y ou Z, les trois axes individuellement afficheraient les mêmes résultats de manière égale.
• Linéaire élastique orthotropiqueprésente des propriétés et des comportements matériels différents dans les trois axes de coordonnées cartésiennes et possède neuf constantes matérielles différentes.
• Élastique non linéaire– Bien que ce matériau soit élastique, il présente la propriété de revenir à son état préchargé après la charge. Il n'a pas de région linéaire. Il présente une non-linéarité dès le début de la charge appliquée à l'objet.

Modèles de matériaux hyperélastiques

HyperélastiqueLes modèles de matériaux peuvent supporter de fortes contraintes tout en étant relativement faibles. Ces matériaux peuvent se déformer considérablement sous de faibles charges. Le caoutchouc est un excellent exemple de ce type de modèle de matériau. Les matériaux qui correspondent à ce modèle peuvent présenter des comportements très complexes, simulables avec une grande précision dans le programme si les constantes élastiques appropriées sont saisies dans le gestionnaire de commandes des matériaux. L'utilisateur peut entrer 2, 5 ou 6 constantes. Chaque constante élastique correcte étant entrée dans le programme, la précision de la solution est accrue.

Ces constantes élastiques sont déterminées par expérimentation et sont généralement fournies par le fabricant. Si elles ne sont pas fournies, l'utilisateur a la possibilité de saisir jusqu'à trois courbes contrainte-allongement dans leTableaux et courbes onglet. Ces courbes sont accessibles en cliquant sur l'ongletTypeLes courbes sont saisies dans le menu déroulant (voir figure 2) exactement comme une courbe contrainte-déformation. Une fois ces courbes fournies, le programme calcule automatiquement les constantes élastiques appropriées pour le matériau à partir des courbes. Une seule des trois courbes est requise, mais plus l'utilisateur fournit de courbes, mieux les constantes élastiques peuvent être calculées et plus la précision du modèle de matériau est grande.

Figure 2 : Trois courbes contrainte-allongement disponibles dans les modèles de matériaux hyperélastiques.

• Blatz Ko hyperélastique est utilisé pour simuler des matériaux hyperélastiques compressibles comme la mousse. Il ne nécessite qu'une seule constante élastique et le module d'élasticité du matériau pour calculer un résultat précis. Le coefficient de Poisson est supposé être de 0,25 par défaut pour ce modèle de matériau.
• Hyperélastique Mooney-Rivlin est l'un des modèles de matériaux hyperélastiques les plus populaires en raison des nombreuses expérimentations réalisées sur ce type de matériaux. Ce modèle de matériau dispose d'un plus grand nombre de constantes disponibles, fournies par le fabricant du matériau. Ce matériel offre la possibilité de saisir les six constantes élastiques possibles, mais elles ne sont pas obligatoires, mais simplement suggérées pour une plus grande précision.
• Hyperélastique Ogdenutilise une fonction de densité d'énergie de déformation élastique qui est considérée comme la plus précise pour simuler une très grande déformation dans des matériaux de type caoutchouc.

Modèles de matériaux élastoplastiques

ÉlastoplastiqueLes modèles deviennent nécessaires une fois que le matériau simulé atteint la limite d'élasticité et entre dans la plage plastique de la courbe contrainte-déformation du matériau (voir figure 3). Une fois dans la région plastique, l'objet déformé ne retournera pas à sa configuration d'origine une fois la charge sur l'objet supprimée.

La déformation à ce point sera permanente. Si la charge est ensuite réappliquée sur l'objet, celui-ci ne suivra pas le chemin de chargement initial, mais le chemin de déchargement précédent, remontant vers la zone plastique. La limite d'élasticité se sera également déplacée vers un point de contrainte plus élevé qu'initialement ; c'est ce qu'on appelle le durcissement du matériau. Lorsque l'objet est chargé et déchargé dans la zone plastique, le chemin de charge change, de sorte que les mêmes résultats de contrainte produisent des résultats de déformation différents.

• Plasticité – par MisesLe matériau commence à céder lorsque la contrainte de Von Mises en un seul point atteint une valeur scalaire constante spécifique connue expérimentalement, appelée limite d'élasticité du matériau. Ce modèle de matériau est largement utilisé et est particulièrement précis lorsqu'il est utilisé avec un matériau ductile comme le métal.
• Plasticité – TrescaLe matériau commence à céder lorsque la contrainte de cisaillement maximale du matériau est égale à la contrainte de cisaillement maximale spécifique connue expérimentalement en un seul point du modèle pour ce matériau. Le modèle Tresca est généralement plus conservateur que le modèle de von Mises et Tresca ne prend pas en charge la formulation de la plasticité à grande déformation.
• Plasticité – Drucker-Prager est bon pour simuler le comportement des matériaux de sol granulaires comme le sable ou le gravier. Seuls deux paramètres sont absolument nécessaires : l'angle de frottement interne et la force de cohésion du matériau. Comme le modèle Tresca, ce modèle de matériau ne supporte pas non plus la formulation de la plasticité à grande déformation.

Figure 3 : Courbe contrainte-déformation typique

Modèles de matériaux superélastiques

SuperélastiqueLes modèles peuvent subir des déformations extrêmement importantes (jusqu'à 20 %) sans atteindre leur limite d'élasticité. Une fois la première limite d'élasticité atteinte, si la charge continue, le matériau ramollit et devient plus élastoplastique dans son comportement. Si la charge continue d'augmenter, le matériau finira par atteindre une limite élastique finale où il durcira considérablement sous une charge accrue. La forme du déchargement des matériaux superélastiques est sensiblement la même que celle de leur chargement. Lorsque la charge revient à zéro, il n'y a pas de déformation permanente si la limite d'élasticité n'a pas été dépassée.

• NitinolIl s'agit du seul modèle de matériau superélastique dans SOLIDWORKS. Si l'utilisateur cherche la catégorie « Superélastique » dans les types de modèles de matériaux, il ne la trouvera pas. Cette catégorie se trouve sous le terme « Nitinol » dans SOLIDWORKS Nonlinear Simulation.

Viscoélastique

Viscoélastiqueest le seul type de modèle de matériau sensible au temps. Tous les autres modèles de matériaux utilisés dans SOLIDWORKS Simulation Premium afficheront exactement le même chemin contrainte-déformation, quelle que soit la vitesse d'application de la charge. Les matériaux viscoélastiques sont différents : ils dépendent du taux de déformation. Autrement dit, une charge de même intensité appliquée à ce modèle de matériau à une vitesse différente produira une courbe contrainte-déformation différente, même si la valeur maximale reste la même.

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