COMSOL Composite Materials Module 6.3
DESCRIPCIÓN
Un material compuesto es un material heterogéneo compuesto por dos o más constituyente integrados para mejorar el rendimiento estructural. Gracias a la mejora de la resistencia y reducción del peso en comparación con materiales convencionales, los materiales compuestos tienen muchos usos potenciales en diversos campos. Se están realizando esfuerzos de desarrollo en la industria para integrarlos en funcionalidades como detección, actuación, computación y comunicaciones, con materiales compuestos conocidos como materiales compuestos inteligentes. Es necesaria una comprensión profunda del comportamiento de estos materiales para diseñar las estructuras compuestas más precisas y de confianza.
CARACTERÍSTICAS
Análisis de materiales compuestos en capas
El módulo Composite Materials Module es un complemento del módulo de mecánica estructural que proporciona herramientas y funcionalidades de modelado adaptadas para analizar estructuras compuestas por capas. Entre los ejemplos típicos de materiales compuestos en capas se encuentran el plástico reforzado con fibra, las placas laminadas y los paneles tipo sándwich. Estos materiales compuestos en capas son muy utilizados en la fabricación de componentes para aviones, componentes de vehículos espaciales, álabes de aerogeneradores, componentes de automóviles, edificios, cascos de barcos, bicicletas y equipos de seguridad. Composite Materials Module utiliza una tecnología especializada de Material en Capas y proporciona dos enfoques que se pueden utilizar para modelar con precisión las cáscaras compuestas: la teoría de capas y la teoría de una sola capa equivalente.
Además, cuando se combina el módulo de materiales compuestos con otros módulos de la familia de productos COMSOL®, pueden ampliarse los modelos para incluir transferencia de calor, electromagnetismo, y efectos de flujo de fluidos - todo dentro del mismo entorno de simulación.
Qué se puede modelar
El módulo Structural Mechanics Module proporciona interfaces físicas predefinidas con configuraciones especializadas para configurar y ejecutar análisis más fácilmente. Composite Materials Module incluye interfaces y modelos de materiales adicionales para simular laminados compuestos, según la teoría de capas que prefiera y el tipo de análisis que esté ejecutando. Junto con los análisis estructurales regulares (como estacionarios, frecuencias propias, transitorios, pandeo lineal y otros análisis), también puede realizar análisis de fallas de la primera capa y modelado multiescala. Dado que son materiales diseñados, los laminados compuestos son propensos a diferentes tipos de modos de fallas. Por lo tanto, se hace esencial realizar varios tipos de análisis de fallas para laminados compuestos.
Tenga en cuenta que también puede optimizar las dimensiones geométricas, la estructura compuesta, los espesores de las capas, las orientaciones de las fibras y las propiedades de los materiales de sus diseños con el módulo adicional Optimization Module.
SECTORES
Algunas de las principales aplicaciones del módulo pueden ser:
- Componentes para aviones
- Componentes de vehículos espaciales
- Álabes de aerogeneradores
- Componentes de automóviles
- Edificios
- Cascos de barcos
- Bicicletas
- Equipos de seguridad
VERSIONES
6.3
NOVEDADES
Esta versión ofrece nuevas piezas de geometría de microestructura, una biblioteca de materiales para materiales compuestos y cuatro nuevos modelos de tutoriales.
Nuevas piezas de geometría de microestructura
Ya está disponible una nueva pieza de geometría de microestructura para compuestos de fibra bidireccional con haz extendido. Esta pieza presenta una celda unitaria con hebras de fibra dispuestas en un tejido liso, incrustadas dentro de una matriz. Puede encontrarla en las bibliotecas de piezas Part Libraries en la rama COMSOL Multiphysics, dentro de la carpeta Unit Cells and RVE. Esta pieza se muestra en el modelo tutorial Dome Tweeter with Composite Diaphragm — Eigenfrequency Analysis.
Además, se ha añadido un nuevo complemento para generar piezas geométricas para compuestos de partículas aleatorias en la rama COMSOL Multiphysics de la ventana Add-in Libraries.
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La nueva pieza de geometría compuesta de fibra de arrastre bidireccional (izquierda) y una pieza de geometría compuesta de partículas aleatorias generada por el complemento (derecha). |
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La interfaz de usuario (UI) que muestra la pieza de geometría compuesta de fibra de arrastre bidireccional y el complemento utilizado para generar una pieza de geometría compuesta de partículas aleatorias.
Carpeta de la biblioteca de materiales compuestos
La nueva carpeta integrada para materiales compuestos se divide en tres grupos de materiales: componentes de fibra, componentes de matriz y láminas. Esta función facilita la configuración de modelos con tipos comunes de capas de materiales compuestos. Puede ver cómo se utilizan estos nuevos materiales en los siguientes modelos del tutorial:
La nueva carpeta Composites en la biblioteca de materiales.
Mejoras en la interfaz Layered Shell
Hay cuatro mejoras principales en la interfaz Layered Shell:
- Se ha mejorado la cinemática para tener en cuenta grandes deformaciones.
- Se ha añadido un nuevo sistema de coordenadas, Layer Local System, a varias funciones de física.
- Se han mejorado las sugerencias del solucionador para problemas multifísicos.
- Los modelos de materiales de fluencia , viscoplasticidad y viscoplasticidad polimérica ahora se pueden utilizar junto con modelos de materiales hiperelásticos.
- Téngase en cuenta que los modelos de materiales Creep, Viscoplasticity, y Polymer Viscoplasticity requieren el módulo Nonlinear Structural Materials Module.
Desplazamiento distinto de cero y tensión de von Mises despreciable en una pala compuesta cuando se gira rígidamente de 0 a 180 grados.
Nuevos modelos tutoriales
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Dome Tweeter with Composite Diaphragm — Eigenfrequency Analysis
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Dome Tweeter with Composite Diaphragm — Frequency-Domain Response*
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Aluminum Nitride Lamb Wave Resonator — Layered Shell Version*
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Piezoresistive Pressure Sensor — Layered Shell Version*
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6.2
NOVEDADES
Interfaz multifísica Piezoresistivity, Layered Shell
Está disponible una nueva interfaz multifísica Piezoresistivity, Layered Shell para modelar la piezoresistividad en estructuras multicapa. Se puede combinar con la interfaz Electric Currents in Layered Shell, la interfaz Layered Shell y el nuevo acoplamiento multifísico Piezoresistivity, Layered. Téngase en cuenta que esta función requiere el módulo MEMS Module.
Funcionalidad Piezoelectric Material, Layered en la interfaz Shell
Una funcionalidad Piezoelectric Material, Layered se ha añadido a la intefaz Shell, que ahorra tiempo de ensamblaje y cálculo al resolver compuestos piezoeléctricos delgados. Téngase en cuenta que esta función requiere el módulo AC/DC Module o MEMS Module.
Piezas de biblioteca para la homogeneización de microestructuras
En las Bibliotecas de piezas (Part Libraries), la carpeta Representative Volume Elements existente bajo la rama COMSOL Multiphysics a pasado a llamarse Unit Cells and RVEs. Esta carpeta también se actualizó para contener nuevas geometrías de microestructura para láminas corrugadas, panales y giroides. Pueden verse estas nuevas actualizaciones en los modelos de ejemplo Homogenized Model of a Corrugated Sheet y Micromechanical model of a TPMS-Based Composite.
Nuevas piezas de geometría de microestructura de las bibliotecas de piezas.
Cálculo de alabeo
En algunas aplicaciones, como las PCB, una superficie plana debe conservar un grado suficiente de planaridad para que la estructura funcione correctamente después de que se hayan aplicado las cargas. Se ha añadido una nueva característica Warpage a las interfaces Solid Mechanics, Shell y Layered Shell para evaluar la desviación de una superficie de su forma original.
Comparación entre una superficie plana distorsionada (capa coloreada) y perfecta (capa gris semitransparente).
Nuevos modelos tutoriales
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Homogenized Material Properties of Periodic Microstructures* |
Stacking Sequence Optimization |
6.1
NOVEDADES
La versión 6.1 proporciona una funcionalidad de contacto mejorada en la interfaz Layered Shell, mejoras de rendimiento para el nodo Layered Linear Elastic Material y un nuevo modelo tutorial.
Funcionalidad de contacto mejorada
La función Contact en la interfaz Layered Shell ahora es similar al nodo correspondiente en otras interfaces de Structural Mechanics. Incluye los métodos de contacto dinámico Penalty, dynamic y Augmented lagrangian, dynamic, que son esenciales para modelar eventos de contacto dinámico. Además, los subnodos Friction, Slip Velocity, Adhesion y Decohesion ahora están disponibles en la función Contact para el modelado eficiente de varios fenómenos de contacto. Cuando los pares de contactos están presentes en un modelo, un nodo Contact predeterminado se añade automáticamente a la interfaz Layered Shell.
Mejora de rendimiento en material elástico lineal en capas
En las interfaces Shell y Membrane, cuando el nodo Layered Material Link o Layered Material Stack se transforma simétricamente, antisimétricamente o repitivamente, se utiliza una combinación de métodos numéricos y analíticos para calcular la matriz de rigidez. Como resultado, los tiempos de montaje y cálculo se reducen significativamente.
La opción Transform en los ajustes del nodo Layered Material Link.
Soporte para grandes deformaciones en el material elástico lineal de capas
Para análisis geométricamente no lineales, ahora la descomposición multiplicativa de deformaciones es utilizada, por defecto, para el nodo Layered Linear Elastic Material en la interfaz Shell. Esto es importante para la precisión en el caso de deformaciones finitas. Se ha añadido una casilla de verificación Additive strain decomposition a los ajustes para casos cuando se puede querer recuparar el comportamiento viejo.
Librería de partes para homogeneización de microestructuras
En la librería de partes, se ha añadido un nueva carpeta llamada Representative Volume Elements en la rama COMSOL Multiphysics. Contiene numerosas geometrías parametrizadas para microestructuras típicas, como fibras, poros y compuestos de partículas. Estas geometrías pueden ser utilizadas para calcular propiedades de materiales efectivas utilizando el método del elemento de volumen representativo (RVE), por ejemplo. Los modelos "Micromechanics of Failure: Multiscale Analysis of a Composite Structure" y "Micromechanics and Stress Analysis of a Composite Cylinder" muestran está nueva adición.
Cuatro geometrías parametrizadas de la Biblioteca de Partes.
Nuevos modelos tutoriales
Micromechanics of Failure: Multiscale Analysis of a Composite Structure
Tensiones von Mises de micronivel en el compuesto de fibra unidireccional en ciertos puntos del material (los marcadores pequeños) y tensión de von Mises de macronivel en una ubicación particular del espesor en el cilindro compuesto.
6
NOVEDADES
La versión 6.0 trae un nuevo acoplamiento multifísico, restricciones simplificadas de línea de pliegue, y nuevos criterios de seguridad para cáscaras de capas.
Nuevo acoplamiento entre cáscara en capas y cáscara
El nuevo acoplamiento multifísico Layered Shell-Shell Connection hace posible mezclar las interfaces Cáscara y Cáscara de capas definiendo diferentes miembros de la pila dentro de una sola disposición utilizando cualquiera de las interfaces. Este enfoque de modelado a veces se denomina Método de modelo múltiple. Este método suele ser la mejor opción en términos de precisión y rendimiento para modelar estructuras compuestas donde algunas capas son gruesas y otras delgadas. Puede verse este nuevo acoplamiento en el modelo tutorial Analysis of a Composite Blade Using a Multiple Model Method.
Restricciones simplificadas de la línea de plegado en la cáscara de capas
Se ha añadido un nuevo tipo de formulación para modelar líneas de plegado, llamada Tipo de restricción de línea de plegado Simplificado, a la interfaz Cáscara de capas. Esta nueva formulación es computacionalmente más eficiente que la restricción de línea de plegado Completo estándar, pero es menos precisa para cáscaras gruesas. El nuevo tipo de restricción es particularmente ventajoso para grandes problemas geométricamente lineales porque tiene una formulación lineal especial para este caso. El tipo de restricción de la línea de plegado se selecciona en la sección Fold-Line Settings en los ajustes de la interfaz Cáscara de capas.
Selección de miembros de la pila en material de capas elástico lineal
En el Material de capas elástico lineal, en la interfaz Cáscara, ahora es posible seleccionar un solo miembro de la pila de una pila de material en capas. Esto hace posible utilizar más de una interfaz Cáscara para diferentes capas en el mismo contorno. La aplicación principal de esta funcionalidad es cuando se mezclan diferentes formulaciones de cáscara en el mismo contorno en el método de modelo múltiple. Puede verse esta nueva característica en el modelo tutorial Analysis of a Composite Blade Using a Multiple Model Method.
La nueva opción de miembro de la Pila en el nodo Material elástico lineal en capas de la interfaz Cáscara permite la selección de un conjunto limitado de capas como se muestra en la ventana Gráficos.
Nuevos criterios de seguridad para cáscaras de capas
En la interfaz Cáscara de capas se ha añadido o ampliado varios criterios de seguridad nuevos:
- Los criterios de Norris y Azzi – Tsai – Hill son nuevos.
- Los criterios de Tsai-Wu y Tsai-Hill se han ampliado con una formulación en 2D.
Nuevos operadores para materiales con capas
Para la evaluación en ubicaciones específicas en la dirección del espesor, se han añadido dos nuevos operadores con alcance físico a la interfaz Cáscara de capas y los materiales en capas en las interfaces Cáscara y Membrana, .atxd0 (para evaluación en puntos) y .atxd1 (para evaluación en aristas).
Estos operadores toman dos argumentos: la ubicación a través del espesor y la expresión que se va a evaluar, por ejemplo, lshell.atxd1 (2 * th, mean (lshell.mises)). Esto hace que sea más fácil evaluar cualquier cantidad en la dimensión adicional, especialmente en los casos en los que se involucran materiales de múltiples capas en el modelado de estructuras compuestas.
Nuevo modelo tutorial
Analysis of a Composite Blade Using a Multiple Model Method
Distribución de las tensiones de von Mises en una hoja compuesta resuelto utilizando el método de modelo múltiple. El resultado se compara con la teoría Layerwise y la teoría ESL.
5.6
NOVEDADES
Interfaz multifísica de Poroelasticidad, Cáscara de capas
La nueva interfaz multifísica de Poroelasticidad, Cáscara de capas permite el modelado de dominios multicapa (cartones, materiales compuestos, etc.) con diferentes propiedades de material por capa. La interfaz añade las interfaces Cáscara de capas y la nueva Ley de Darcy en capas, junto con un nuevo nodo multifísico Poroelasaticidad en capas.
La nueva interfaz Ley de Darcy en capas, que se utiliza en la interfaz multifísica anterior, simula el flujo de fluido a través de intersticios en medios porosos en capas, como cartones, compuestos o madera contrachapada. Puede modelar flujos de baja velocidad y flujo de medios porosos donde la permeabilidad y la porosidad son muy pequeñas y para los que el gradiente de presión es la principal fuerza impulsora. Téngase en cuenta que para acceder a esta funcionalidad, se necesitarán los módulos Porous Media Flow y Composite Materials.
Planteamiento de modelado basado en capas (Ply)
Se ha añadido soporte para un planteamiento de modelado basado en capas para definir acumulaciones complejas de una manera más fácil en comparación con la existente aproximación de modelado basada en zonas. Esto está disponible utilizando la entrada Selección en los subnodos Enlace de material en capas, Material en capas o Material de una capa en el nodo Pila de material en capas. Cuando se asignan diferentes selecciones a los subnodos (o capas), el nodo Pila de material en capas crea zonas automáticamente y la información sobre cada zona se muestra en la tabla Definición de zona de pila. Cada zona se trata como un material en capas diferente y se puede utilizar en consecuencia en la física y el postprocesado. Puedes verse esta nueva característica en los siguientes modelos: "Ply Drop-Off in a Composite Panel" (nuevo modelo) y "Heating Circuit: Layered Shell Version" (modelo nuevo).
En este ejemplo, las zonas creadas en el enfoque de modelado basado en capas se pueden ver en la tabla Definición de zona de pila, así como en el gráfico Vista previa de sección transversal en capas.
Mejora del rendimiento en cáscaras FSDT
El rendimiento de las cáscaras con la teoría de la deformación por corte de primer orden (FSDT), implementado para la opción Material de capas elástico lineal en la interfaz Cáscara, se mejora significativamente para casos de uso más simples. Se ha añadido una nueva formulación NMQ para integrar las expresiones de energía solo en la superficie modelada en lugar de integrarse en el dominio sólido virtual completo. La nueva formulación es bastante útil en problemas de dimensionado de compuestos y se utiliza automáticamente en la mayoría de los casos.
En este ejemplo de una pala compuesta de una turbina eólica, el tiempo de cálculo del análisis de frecuencias propias se reduce de aproximadamente 17 minutos a aproximadamente 7 minutos utilizando la nueva formulación NMQ.
Tipo de conexión en continuidad de material en capas
Se ha añadido una nueva opción Tipo de conexión en el nodo Continuidad de la interfaz Cáscara de capas. La nueva opción está disponible cuando las Opciones avanzadas de interfaces de física están habilitadas. Las dos opciones en la entrada del tipo de conexión son Derecha y Retorcida. El tipo de conexión retorcida conecta los dos materiales en capas que se encuentran uno al lado del otro en orden inverso conectando la parte superior de un material en capas con la inferior del otro material en capas. La conexión retorcida es particularmente útil cuando los límites adyacentes tienen diferentes orientaciones.
Cambio del modelo sólido predeterminado en la interfaz de cáscara en capas
El modelo sólido predeterminado del Material elástico lineal en la interfaz Cáscara en capas ha cambiado de isotrópico a ortotrópico. El modelo sólido ortotrópico es una opción más natural para materiales compuestos. Para los casos en los que se utiliza un material isotrópico, sus propiedades ortotrópicas equivalentes se calculan automáticamente.
Mejora del gráfico de previsualización de Material en capas
Se ha añadido soporte para incluir gráficos de previsualización de materiales en capas en una aplicación. Está disponible como una nueva opción de gráfico de previsualización bajo el nodo Resultados. Se han añadido dos nuevos botones, Crear gráfico de sección transversal de capa y Crear gráfico de la pila de capas, en todos los nodos de Material en capas para crear dichos gráficos. Además de poder usarlo en una aplicación, la nueva funcionalidad también se puede usar para almacenar varios gráficos de vista previa en un modelo.
Gráfico de vista previa de sección transversal de capa creado en el nodo Resultados para guardarlo en un modelo y/o acceder a él en una aplicación.
Formulación mixta en material de capas elástico lineal
Para el nodo Material de capas elástico lineal, en la interfaz Cáscara, se ha añadido compatibilidad para usar una formulación mixta. La formulación mixta soporta tanto la formulación de Presión como la formulación Deformación. Se puede utilizar para mejorar la precisión de materiales con baja compresibilidad.
La formulación mixta en una cáscara de una sola capa está disponible con el Módulo Structural Mechanics. Si el módulo de materiales compuestos está disponible, la formulación mixta también se puede utilizar en cáscaras multicapa.
Amortiguación viscosa en material de capas elástico lineal
El amortiguamiento viscoso ahora se puede añadir al subnodo Amortiguación en Material de capas elástico lineal en la interfaz Cáscara.
El amortiguamiento viscoso para una cáscara de una sola capa está disponible con el módulo Structural Mechanics. Si el módulo Composite Materials está disponible, la amortiguación viscosa también se puede utilizar en cáscaras multicapa, y las capas individuales pueden tener diferentes valores de amortiguación.
Daño en cáscaras en capas
Todos los modelos de Daño disponibles en la interfaz Mecánica de sólidos ahora están disponibles para el nodo Material de capas elástico lineal en la interfaz Cáscara, así como para el nodo Material elástico lineal en la interfaz Cáscara de capas. Esta función requiere el módulo Nonlinear Structural Materials.
Material de capas hiperelástico en la interfaz Cáscara
Todos los modelos de Material hiperelástico disponibles en la interfaz Mecánica de sólidos ahora están disponibles para el nodo Material de capas hiperelástico en la interfaz Cáscara. Esta función requiere el módulo Nonlinear Structural Materials. Si el módulo de Composite Materials está disponible, los modelos de material también se pueden utilizar en cáscaras de varias capas, y las capas individuales pueden tener diferentes modelos de material.
Plasticidad de gran deformación en la interfaz de cáscara de capas
El Material elástico lineal en la interfaz Cáscara de capas ahora incluye la posibilidad de modelar la plasticidad de gran deformación. Están disponibles el mismo conjunto de funciones de rendimiento y modelos de endurecimiento isotrópico que en la interfaz de Mecánica de sólidos.
Ahora es posible agregar Plasticidad al nodo Material hiperelástico en la interfaz Cáscara de capas. El nuevo subnodo utiliza la fórmula de plasticidad de gran deformación. El mismo conjunto de funciones de rendimiento y modelos de endurecimiento isotrópico están disponibles en el nodo Material hiperelástico para la interfaz Mecánica de sólidos. Esta función requiere el módulo de Nonlinear Structural Materials.
Establecer nodo de variables bajo Plasticidad
Se ha añadido un nuevo subnodo llamado Establecer variables al nodo Plasticidad, que está disponible como un subnodo para el nodo Material elástico lineal en la interfaz Cáscara de capas y Material de capas elástico lineal en las interfaces Cáscara y Membrana. El propósito de este nodo es restablecer los grados de libertad del plástico para modelar casos como el alivio y recocido de tensión. Esta función requiere el módulo Nonlinear Structural Materials.
Mejoras varias
- En el subnodo Tensión externa del nodo Material elástico lineal en la interfaz Cáscara de capas, se ha añadido una nueva opción Presión de poro.
- Mejoras en el manejo de capas de espesor variable en las interfaces Cáscara de capas, Cáscara y Membrana.
- La continuidad predeterminada se impone en los bordes comunes del Dominio rígido y el Material de capas elástico lineal (o similar) en la interfaz Cáscara.
- Se ha añadido el nuevo operador xdintopallint para integrar una cantidad en todas las interfaces de todos los materiales estratificados.
- El nodo Delaminación ahora se puede añadir en solo unas pocas interfaces con selección de superficie de base parcial.
- Se han mejorado los gráficos predeterminados para el Material de capas elástico lineal en las interfaces de Cáscara y Membrana.
Nuevos modelos tutoriales
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Ply Drop-Off in a Composite Panel |
Stacking Sequence Optimization |
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Heating Circuit: Layered Shell Version |
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5.5
NOVEDADES
La versión 5.5 trae contacto en cáscara con capas, hiperelasticidad, plasticidad, piezoelectricidad, activación, dalaminación, nuevo criterios de fallos y acoplamiento multifísico para cáscaras con capas en combinación con flujo fluido y acústica.
Material piezoeléctrico en interfaz de cáscara con capas
La adición de las capacidades de modelado de material piezoeléctrico a la interfaz Layered Shell posibilita modelar dispositivos piezoeléctricos delgados y sensores donde un material piezoeléctrico es embebido en un laminado compuesto. Se ha añadido una nueva interfaz multifísica, Piezoelectricity, Layered Shell para una configuración conveniente de los modelos. Combina las dos interfaces físicas Layered Shell y Electric Currents in Layered Shells con un acoplamiento multifísico Layered Piezoelectric Effect. Puede verse esta funcionalidad en el nuevo modelo Piezoelectricity in a Layered Shell. Nótese que para acceder a esta funcionalidad es necesario disponer de AC/DC Module o MEMS Module además de Structural Mechanics Module y Composite Materials Module.
Una cáscara con capas con una capa piezoeléctrica incrustada en el medio. La compresión axial y el desplazamiento fuera del plano se muestran en la capa piezoeléctrica (gráfico de estructura metálica en color) y en capas de metal (gráfico de color).
Material hiperelástico en la interfaz de cáscara con capas
La adición de materiales hiperelásticos a la interfaz Layered Shell posibilita modelar grandes tensiones en conchas compuestas donde algunas de las capas están hechas de goma u otros tipos de elastómeros. Téngase en cuenta que para acceder a esta funcionalidad, se necesita el módulo Nonlinear Structural Materials Module además de los módulos Structural Mechanics Module y Composite Materials Module.
Un panel compuesto sándwich que tiene capas elásticas lineales externas (material compuesto) y una capa hiperelástica media (material de goma), que se ha resaltado.
Plasticidad en cáscaras con capas
La adición de la funcionalidad Plasticity al nodo Linear Elastic Material en la interfaz Layered Shell permite modelar la deformación plástica en capas seleccionadas de un laminado compuesto, por ejemplo, las capas metálicas externas de una estructura tipo sándwich. Los modelos de plasticidad son los mismos que en la interfaz Solid Mechanics, con la excepción de que se supone que las deformaciones plásticas son pequeñas. Téngase en cuenta que para acceder a esta funcionalidad se necesita el módulo Nonlinear Structural Materials Module además de los módulos Structural Mechanics Module y Composite Materials Module.
Una cáscara con capas en la que se modela la plasticidad en las capas superior e inferior, que se han resaltado.
Activación de material en la interfaz de cáscara con capas
La adición de la funcionalidad Activation al Linear Elastic Material en la interfaz Layered Shell posibilita el análisis del estado de tensión en un laminado compuesto donde ciertas capas son añadidas o eliminadas, lo que es útil cuando se desea modela la adición de material durante procesos como una fabricación aditiva.
Activación de material en una cáscara con capas donde la activación se utiliza en las dos capas superiores del contorno medio.
Modelado de contacto en la interfaz de cáscara con capas
La funcionalidad de modelado de contacto se ha añadido a la interfaz Layered Shell. Se puede analizar el contacto entre contornos de cáscara con capas y contornos modelados utilizando otras interfaces físicas estructurales o incluso una superficie mallada arbitrariamente sin ninguna interfaz física adjunta. El contacto se considera sin fricción.
Distribución de tensión en diferentes capas de un laminado compuesto mientras se modela el contacto con una superficie cilíndrica.
Delaminación en la interfaz de cáscara con capas
Un modo de fallo común en compuestos por capas es el fallo interfacial o delaminación entre las capas. Ahora se puede modelar delaminación progresiva utilizando la nueva funcionalidad Delamination en la interfaz Layered Shell. Existe varios modelos diferentes de zona cohesiva basada en energía y basada en desplazamiento disponibles para describir el daño junto con diferentes leyes de separación de tracción. Cuando dos capas están en un estado delaminado, ya sea inicialmente o después de aplicar una carga, todavía habrá una condición de contacto para evitar la penetración entre las capas. Esta funcionalidad se utiliza en los modelos Mixed-Mode Delamination of a Composite Laminate y Progressive Delamination in a Laminated Shell.
Un laminado compuesto experimentando fallo interfacial (o delaminación) bajo carga compresiva. La zona dañada se muestra en rojo para diferentes valores de carga. La carga aplicada y el área de daño toal en el laminado pueden verse por comparación.
Nuevos criterios de fallo para cáscaras con capas
Utilizando la funcionalidad Safety se puede calcular la integridad estructural utilizando muchos criterios de fallo diferentes. Se han añadido un conjunto de nuevos crterios de fallo para compuestos de fibra en la interfaz Layered Shell y en el nodo Layered Linear Elastic Material de la interfaz Shell. Estos nuevos criterios son:
- Zinoviev
- Hashin–Rotem
- Hashin
- Puck
- LaRC03
Nuevos acoplamientos multifísicos para la interfaz de cáscara con capas
Se han añadido nuevos acoplamientos multifísicos para la interfaz Layered Shell para proporcionar acoplamientos con flujo de fluido y acústica. Ahora se puede modelar con precisión laminados compuestos interactuando con dominios de fluido en diferentes aplicaciones con el acoplamiento Fluid-Structure Interaction. Con el Acoustics Module, también se puede modelar los acoplamientos multifísicos Acoustics-Structure Boundary, Thermoviscous Acoustic-Structure Boundary, Aeroacoustics-Structure Boundary, y Porous-Structure Boundary.
Ejemplo de una interacción acústica-cáscara con capas donde las superficies superior e inferior de un laminado son acopladas a los dominios acústicos circundantes.
Nuevos acoplamientos estructurales para la interfaz de cáscara con capas
Los laminados compuestos a menudo están conectados con elementos o cáscaras estándar en diferentes configuraciones para modelar estructuras del mundo real. Se han añadido dos nuevos acoplamientos estructurales a la interfaz Layered Shell para proporcionar diferentes tipos de acoplamientos a elementos cáscara y sólido: Layered Shell - Structure Cladding y Layered Shell - Structure Transition. Esta funcionalidad se muestra en el modelo Connecting Layered Shells with Solids and Shells.
Una cáscara con capas conectada a elementos sólidos y cáscara en configuraciones de revestimiento y transición. Se muestra la distribución de tensión en la cáscara con capas (gráfico de colores sólido) así como en los miembros sólido y cáscara (gráfico de estructura alámbrica en color).
Material elástico lineal con capas en las interfaces de cáscara y membrana
La funcionalidad Layered Linear Elastic Material ha mejorado su integración con cáscaras y membranas. Este modelo de material se ha añadido a la interfaz Membrane donde puede ser utilizado para modelar laminados muy finos con poca rigidez al doblado. Este modelo de material también puede ser utilizado ahora en la interfaz Shell en 2D axisimétrico, mientras que previamente solo estaba disponible en geometrías 3D.
En la versión 5.5, las cáscaras de una única capa y las membranas están disponibles utilizando el Structural Mechanics Module. Con el Composite Materials Module, estos análisis pueden extenderse para cáscaras multicapa y membranas, donde cada capa puede ser aumentada para incluir expansión térmica o viscoelasticidad. Si se dispone también del Nonlinear Structure Materials Module, también están disponibles plasticidad y arrastre.
Formulación mixta en cáscaras con capas
Los materiales casi incompresibles pueden causar problemas numéricos si solo se utilizan los desplazamientos como grados de libertad. Para evitar este tipo de problemas en una cáscara en capas, se han añadido formulaciones mixtas basadas en presión y en deformación en la interfaz Layered Shell.
Selección de formulación mixta en una cáscara con capas
Grosor de capa variable en cáscaras con capas
Ahora se puede modelar una o más capas de un laminado compuesto con un grosor que es una función de las coordenadas. Esta nueva funcionalidad está disponible a través del nuevo ajuste Scale en los nodos Layered Material Link y Layered Material Stack. Las capas con grosor variable están soportadas en la interfaz Layered Shell, así como en el nodo Layered Linear Elastic Material en las interfaces Shell y Membrane.
Un panel compuesto tipo sandwich con un grosor variable en la capa media (mostrada en magenta).
Opción de transformación en materiales con capas
Ahora se pueden realizar varias operaciones de transformación al definir una secuencia de apilado de laminados. Esta nueva funcionalidad está disponible a través del ajuste Transform en los nodos Layered Material Link y Layered Material Stack. Los tipos de transformación son Symmetric, Antisymmetric y Repeated. Esto facilita modelar secuencias de apilado complejas definiendo únicamente la mitad de la secuencia de apilado para laminados simétricos/antisimétricos y una unidad simple en caso de laminados repetidos.
Creación de un laminado antisimétrico utilizando la nueva funcionaliad de transformación en el nodo Layered Material Link.
Nuevas opciones para selección de interfaz
En los nodos físicos que tienen el ajuste Interface Selection, ahora existe una manera directa para seleccionar ciertas posiciones de interfaz comunes: arriba, abajo, exterior, interior, o todo. Esto hace que la configuración del modelo sea más conveniente y fácil de entender. Algunos nodos físicos comunmente aplicables en la interfaz Layered Shell son Face load, Delamination y Thin Elastic Layer.
Opciones para seleccionar la interfaz en la que se aplica una carga de cara.
Visualización de geometría sólida 3D
Cuando se modelan estructuras laminadas complejas es útil visualizar la correspondiente geometría sólida 3D, que ahora se muestra automáticamente en un nuevo gráfico por defecto en la interfaz Layered Shell. Se genera un gráfico de superficie gris del conjunto de datos Layered Material (Undeformed Geometry).
Representación geométrica del sólido 3D (escalada en la dirección del grosor) de un laminado compuesto con seis capas.
Visualización de drapeado de fibra
Cuando se configura un modelo de material con capas, la secuencia de apilado puede visualizarse utilizando gráficos de previsualización, creados utilizando una geometría abstracta. Sin embargo, a menudo existe una necesidad de visualizar el drapeado de fibra en la geometría física. Como algo nuevo en la versión 5.5, los gráficos por defecto se crean para visualizar la dirección de la fibra en cada capa en la geometría física, aplicable para modelos que utilizan la interfaz Layered Shell o Shell.
Primera dirección de material principal mostrando la dirección del drapeado de fibra en cada capa de un cilindro compuesto.
Mejoras en el conjunto de datos de materiales con capas
El conjunto de datos Layered material utilizado para graficar y evaluar los resultados de la cáscara con capas, tiene nuevas opciones para poder seleccionar capas o interfaces para su evaluación. Esto hace mucho más fácil el postprocesado de un laminado compuesto, ya que antes solo estaba disponible la selección de contornos. También hay una nueva opción de posición a través del grosor cuando se evaluan en un nodo Derived Values. Esta funcionalidad se muestra en el nuevo modelo Connecting Layered Shells with Solids and Shells.
Opción para seleccionar capas en el conjunto de datos Layered Material para graficar una variable solo en las capas seleccionadas.
Mejoras en el gráfico de corte de material con capas
El gráfico Layered Material Slice ahora tiene soporte para crar múltiples cortes automáticamente. Adicionalmente, en esta versión se ha añadido la siguiente nueva funcionalidad:
- Graficado en interfaces (antes solo disponible en capas)
- Graficado en múltiples capas utilizando planos medios de capas u opciones similares
- Definción de un formato al utilizar múltiples cortes
- Añadir nombres de capa para cada corte
El gráfico Layered Material Slice es un gráfico importante para laminados compuestos y la nueva funcionalidad simplifica los pasos requeridos para graficar resultados
Opción para escoger planos medios de capa y definir la disposición en el gráfico Layered Material Slice para graficar una variable en varias capas utilizando un único nodo de gráfico.
Mejoras en el gráfico a través del grueso
Para un laminado compuesto con un gran número de capas, añadir líneas de interfaz incrementa la claridad de un gráfico Through Thickness. En la versión 5.5 se pueden añadir estas líneas de interfaz automáticamente. Además ahora se puede graficar la variación a través del grueso de una variable que se defina únicamente en un subconjunto de las capas de un laminado.
Visualización de cargas
Ahora las cargas mecánicas aplicadas están disponibles como gráficos por defecto en todas las interfaces físicas de mecánica estructural. Los gráficos de cargas son dependientes de la solución, así que tanto las direcciones como los colores de las flechas son actualizados cuando un conjunto de datos se actualizado con una nueva solución. Incluso las cargas abstractas como las fuerzas y momentos aplicados a conectores rígidos y dominios rígidos, son graficados en su verdadero punto de aplicación. Un nuevo tipo de flecha, utilizado para graficar momentos aplicados, ha sido introducido para esta funcionalidad. Más de 100 modelos están actualizados con esta nueva funcionalidad.
Tres conjuntos de cargas graficados en un modelo de un tubo.
COMSOL Multiphysics 6.3