Arşiv

ANSYS LS-DYNA Programında Malzeme TanımlamaGeri

The Materials Definition in The Program to Ansys/Ls-Dyna

Mücahit GÖKMEN1, Mustafa YAŞAR2, Faruk ALKAN3,Aydın KARAHAN1

1- İnönü Teknik ve Endüstri Meslek Lisesi /Bayrampaşa/İSTANBUL

2- Karabük Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi/Balıklar Kayası/KARABÜK

3- Karabük Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü/Balıklar Kayası/KARABÜK

ÖZET

Analiz programlarında işlem yaparken malzeme tanımlaması önemlidir. Çünkü her malzemenin mekanik, fiziksel vb. özellikleri farklıdır. Analiz sonucunu doğru alabilmek için bunların iyi tanımlanması gerekir. Bu çalışmada, ANSYS/LS-DYNA’da malzeme-modelin geniş bir tanımlaması program içeriği ile yapılmıştır.

Anahtar Kelimeler: Ansys/LS-DYNA, Malzeme Tanımlama, Sonlu Elemanlar.

ABSTRACT

When proceeding in the analysis program important to materials definition. Because, any materials different to mechanical, phsycal properties. Good definition requirement these for analysis correct conclusion. In this study, materials/model the wide definition with program content in the ANSYS/LS-DYNA.

Key Words: Ansys/LS-DYNA, Materials Definition, Finite Elements.

Giriş

ANSYS/LS-DYNA programında malzeme modelinin tanımlanmasında şu adımlar izlenir;

Malzeme modelinin ANSYS/LS-DYNA ile kullanılabilir açıklamalarını verilmesi,

GUI malzeme giriş düzenini ve model gruplamaları tanımlanır,

ANSYS/LS-DYNA içinde malzeme modelinin nasıl tanımlanacağı ve yararları belirtilir,

Özel malzeme modeli kullanılması gerektiğinde açıklamalar verilir,

Adım adım rehber açıklamalar verildiğinde, malzemenin özellikleri açık (expilict) analizde kullanılabilir.

1.Malzeme / Madde Modelinin Tanıtılması

ANSYS/LS-DYNA geniş bir oranda malzeme özelliklerini ve hemen hemen bütün uygulamaları içerir. ANSYS ile kıyaslandığında, ANSYS/LS-DYNA önemli büyük bir oranda bir malzeme kütüphanesi sunar. ANSYS/LS-DYNA malzemeleri ANSYS ile tam kullanılamayan birçok yeterli unsurlar sunar. Bu unsurlar;

a. Plastik model ile sunulan gerinim oranı,

b. Isıya duyarlı plastik model,

c. Baskı ve gerinim hata kriterli malzeme modeli,

d. Boş model (bird-strike),

e. Durum modellerinin eşitliği.

ANSYS/LS-DYNA’da kullanılan malzeme modelleri genel olarak aşağıdaki gibi incelenebilir.

1.1. Doğrusal Elastik

Isotropic

Orthotropic

Anisotropic

1.2. Doğrusal olmayan Elastik

Blatz-Ko Rubber

Mooney-Rivlin

Viscoelastic

1.3. Plastik

Rate Independent

Rate sensitive

1.4. Kompozit Hasar

1.5. Köpük Türevi

Isotropic

Orthotropic

1.6. Eşitlik değeri

Plastikliğe bağlı sıcaklık ve

gerinim oranı

Boş malzeme

1.7. Diğerleri

Rijit cisim

Kablo

2. GUI Malzeme

Girişi-Tanım

Kullanılan tüm malzeme modelleri yeni GUI formatı ile kullanılabilir. Elemeden geçirilmiş GUI menüleri tamamen sadece malzeme verilerinin konusu ile ilgili olması içindir. Yeni GUI etkili bir malzeme modeli yapımına izin verir. MP and TBDAT komutları dizi girişi için kullanılır. MPMOD komutu sıra-tanımlanmış GIU formatı içindeki malzemelerin girişi içindir.

3. GUI MALZEME GİRİŞİ İŞLEM SIRASI

ADIM1: Yeni malzeme modeli ilave etmek

Yeni malzeme modeli aşağıdaki menüleri kullanarak ilave edilir.

Preprocessor: Material Props->Define MAT Model -> Add

Şekil 1’de malzeme modeli ilave edilmesi menü ile gösterilmiştir.

Şekil 1. Malzeme modeli ilave menüsu

ADIM2: İstenilen malzeme modeli seçilir. Ardından;

- Doğru malzeme numarasının girilip girilmediğinden emin olunur.

- Modelin alakadar olduğu malzeme ailesi seçilir (Yani plastiklik).

- İstenilen özel model seçilir ve OK butonuna basılır.

Şekil 2’de malzeme modeli seçimi menü ile gösterilmiştir.

Şekil 2. Malzeme modeli seçimi.

ADIM 3: Gerekli değerlerin girişi

- Hemen hemen tüm malzeme modelleri DENS, EX, ve NUXY verilerine gereksinim duyar.

- Malzeme stress/strain verisinin stress/strain formatında doğru olduğuna emin olunur.

- Tüm veri değerlerini girdikten sonra OK butonu seçilir.

Şekil 3’te değerlerin girilişi menü ile gösterilmiştir.

Şekil 3. Değerlerin girilişi.

ANSYS/LS-DYNA programındaki birçok malzeme modeli için, eğrileri/eğilimleri yüklemek gereklidir. Bunlar malzeme modelindeki iki değişkenin bağlantısını tanımlamak için kullanılır, tıpkı plastik gerilmedeki akma gerilmesi çeşitleri gibi.

Eğri yüklemeleri iki çoğalma oluşum parametresini tanımlamak ve EDCURVE komutu için kullanılır. Eğri yüklemeleri aşağıdaki şekilde yapılır;

Preprocessor: Material props -> Curve ID…

Şekil 4 (a) ve (b)’de Curve ID numarası seçimi menülerle gösterilmiştir.

Şekil 4. Curve ID numarası seçimi

Curve ID numarası özellikli malzeme modelini tanımlarken, aynen plastik şekil değişimi etkileşim kutusunda gösterilen bağlılık oranında (LCID 1 - LCID 4 olduğu gibi) doğrudan referans edilir. Curve ID Numarası özellikli malzeme modelini menü ile tanımlama Şekil 5’te gösterilmiştir.

Şekil 5. Curve ID Numarası özellikli malzeme modelini menü ile tanımlama.

4. Doğrusal Elastik (Linear Elastic)

Malzeme Modeli

Doğrusal elastik ailesinde 3 farklı malzeme modeli kullanılabilir;

Elastik (Isotropik): Malzeme özellikleri tüm tanımlamalarda aynıdır.

Orthotropik: Özellikler simetrinin 3 ortak ortogonal yüzeylerine sahiptir

Anisotropik: Özellikler malzeme içindeki bir noktanın pozisyonunun bağımsızlığıdır.

Lineer elastik malzemeler hiçbir plastik deformasyona uğramaz ve tamamen Hook kanununda genellenip tanımlandığı gibidir.

σI= Cİjτij

4.1. Elastik (Isotropik) Malzemeler

En çok kullanılan mühendislik malzemeleri (çelik, vb.) isotropik malzemelerdir. Basitçe DENS, EX, ve NUXY değerleri ile tanımlanabilir. Elastik malzeme tanımlama menüsü Şekil 6 (a) ve (b)’de gösterilmiştir.

Şekil 6. Elastik malzeme tanımlama menüsü

4.2. Orthotropik Malzemeler

Genel orthotropik malzemeler 9 bağımsız sabit ve yoğunluk (DENS) ile tanımlanır. Çaprazlama Isotropik (ortotropinin özel durumudur) malzemeler 5 bağımsız değişken ile tanımlanır (EXX, EZZ, NXY, NUXZ, GXY). Ortotropik malzemeler özel koordinat sistem tanımlamasına riayet edilerek tanımlanır. Orthotropic malzeme seçimi aşağıdaki gibi yapılır.

Linear Elastic -> Orthotropic seçilir.

Gerekli malzeme sabitleri ve yoğunluğu (density) girilir.

Koordinat sistem tanımlaması (ID) EDLCS komutunda tanımladığı gibi girilir.

Bunlar aşağıdaki menüde bulunur.

Preprocessor: LSDYNA Options -Local CS ->

Create Local CS

Şekil 7 (a) ve (b)’de Orthtropic malzeme seçimi menüsü gösterilmiştir.

Şekil 7. Orthtropic malzeme seçimi.

4.3. Anisotropik:

Anisotropik malzemeler 21 bağımsız malzeme sabitleri ve yoğunlukları ile tanımlanmıştır. Anisotropik malzeme seçimi aşağıdaki gibi yapılır.

Linear elastik -> Anisotropic seçilir.

Gerekli malzeme sabitleri ve yoğunluğu girilir.

EDLC komutuna göre tanımlanan koordinat sistemi tanımlaması girilir. Şekil 8 (a) ve (b)’de Anisotropic malzeme seçimi menüsu gösterilmiştir.

Şekil 8. Anisotropic malzeme seçimi menüsu.

5.Doğrusal Olmayan Elastik Malzeme

Modelleri

Doğrusal olmayan elastik malzeme ailesinde 3 farklı tip malzeme modeli kullanılabilir:

Blatz-Ko: Sıkıştırılabilen köpük tip malzemelerin tanımlanması için kullanılır, poliüretan kauçuklar gibi.

Mooney- Rivlin: Sıkıştırılamayan kauçukların davranışlarını tanımlamak için kullanılır.

Viscoelastic: Cam ve cam türevi maddelerin davranışlarını tanımlar.

Doğrusal olmayan (Non-linear) elastik malzemeler büyük ölçüde yeniden elde edilebilen elastik deformasyanlara uğrayabilirler.

5.1.Blatz-Ko Kauçuk:

Blatz-Ko kauçuk malzemeler, sadece baskı altındaki kauçuk malzemeler içindir.

- Poisson oranı (NUXY) otomatik olarak program tarafından 0.463’e ayarlanır.

- Sadece yoğunluk (DENS) ve GXY gereklidir.

- Malzeme karşılığı gerinim enerjisi yoğunluk fonksiyondan (W) tanımlanır:

W = Gxy/2(I2/I3+2√I3-5)

I2 ve I3 gerinim değişkenleridir.

Şekil 9’da Blatz-Ko kauçuk malzeme seçimi menüsü gösterilmiştir.

Şekil 9. Blatz-Ko kauçuk malzeme seçimi menüsü.

5.2. Mooney-Rivlin:β

Basınç altındaki kauçuk malzeme davranışını tanımlamak için kullanılır. Mooney- Rivlin modeli hemen hemen 2-parametreli modelin ANSYS’de tam oluşumunu belirtir. DENS, NUXY ve Mooney- Rivlin sabitleri C10 ve C01 giriş için gereklidir. Sıkıştırılamaz davranışı belirlemek, NUXY değerlerinin 0.49 ile 0.5 arasında ayarlanması ile olur. Malzeme durumu gerinim enerjisi yoğunluk fonksiyonundan (strain energy density function (W)) tanımlanır:

W = C10 (I1-3) +C01 (I2-3) +0.5k (I3-1)2

Burada I1, I2 ve I3 gerinim değişkenleridir ve k ise Bulk modülüdür.

5.3. Viskoelastik:

Kesme davranışı ilişkisi şu ifade ile açıklanır:

G (t) = G∞ + (G0 - G∞) e-βt

Yoğunluk (DENS) ile gerekli giriş parametreleri için modeller;

G0 = Kısa dönem (origin) elastik kesme modülü

G∞= Uzun dönem (infinity) elastik kesme modülü

k = Elastik bulk modülü

1/β= Bozulma sabiti

6.Sonuçlar

Tüm malzeme modelleri her madde türünde kullanılamaz.