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Crie Novas Possibilidades com Modelos de Material Personalizados e Sub-rotinas em C++



Crie seu próprio modelo de material

Um dos principais desafios nas simulações de Engenharia Assistida por Computador (CAE) é representar com precisão o comportamento complexo dos materiais do mundo real. Essa precisão é especialmente crucial em simulações multiescala, onde a resposta precisa em escala global depende da representação mecânica detalhada de cada microconstituinte e suas interfaces. Para atender às necessidades dos projetistas que trabalham com peças que possuem microestruturas complexas ou novos materiais avançados, o Simcenter Multimech 2306 possibilita aos usuários criar seus próprios modelos de materiais através de sub-rotinas definidas pelo usuário em C ou C++.


Engenheiros e pesquisadores tradicionalmente enfrentaram dificuldades relacionadas à modelagem de materiais avançados. Bibliotecas de materiais padrão frequentemente não cobrem toda a gama de materiais utilizados em diferentes setores e produtos, o que muitas vezes obriga os engenheiros a comprometer seus modelos de materiais e aceitar alguma imprecisão nos resultados. Além disso, nem todas as ferramentas CAE oferecem suporte para materiais definidos pelo usuário em simulações multiescala, onde alguns ou todos os microconstituintes requerem materiais personalizados.


O suporte para materiais personalizados definidos pelo usuário no Simcenter Multimech oferece uma solução poderosa para esses desafios. Os materiais personalizados podem ser aplicados em diversos tipos de simulações, seja em modelos de peças em escala global, testes virtuais em escala microestrutural ou simulações True Multiscale.


Primeiro exemplo: fadiga em juntas adesivas


Materiais adesivos possuem uma resposta mecânica diferenciada quando comparados aos materiais comuns de engenharia, como metais. Além disso, sua resposta varia amplamente dependendo de fatores como composição, umidade e temperatura. A simulação de modelos contendo esse tipo de material é um excelente exemplo da eficácia das sub-rotinas personalizadas do Simcenter Multimech. Um caso específico envolve o carregamento cíclico de uma junta adesiva com aumento gradual da carga. Uma relação constitutiva personalizada, especialmente desenvolvida para modelar o comportamento adesivo sob fadiga, foi codificada e aplicada aos elementos adesivos. Os resultados demonstram como a sub-rotina captura as diferentes respostas de fadiga em cada condição, identificando também as áreas mais suscetíveis a falhas por fadiga.


Segundo exemplo: modelo de falha personalizado com redução gradual da rigidez


O exemplo acima mostra um uso em escala única do novo recurso, pois nenhum recurso microestrutural foi modelado. Ou seja, o modelo completo está na escala dos componentes e da junta adesiva. No entanto, sub-rotinas definidas pelo usuário também podem ser aplicadas em análises multiescala, para modelar a resposta de microconstituintes específicos. Um exemplo poderoso desse novo recurso em uma simulação multiescala é a criação de um critério de falha definido pelo usuário. Uma aplicação comum para critérios de falha em simulações CAE é reproduzir fenômenos como fratura, trinca ou descolamento, reduzindo a rigidez dos elementos a quase zero se um critério específico for atendido. Neste caso, o caminho dos elementos de rigidez reduzida representa o caminho da fratura.


Embora existam modelos de falha na maioria das ferramentas CAE e sejam usados ​​há décadas, a convergência é um desafio comum: a redução abrupta da rigidez pode levar a resíduos mais altos, exigindo seleção cuidadosa de malha, estratégia de intervalo de tempo, estabilização etc. , os usuários podem desenvolver um modelo de falha no qual a rigidez não é imediatamente reduzida, mas diminui gradualmente ao longo de várias etapas de tempo. A figura e a animação abaixo demonstram como ocorre a diminuição gradual da rigidez:



O resultado dos critérios de falha personalizados em uma simulação multiescala real é uma melhoria na convergência da análise não linear, levando a simulação a progredir muito mais do que usar um modelo de falha simplificado. Os resultados estendidos permitem que os usuários realizem investigações pós-falha, mostrando como o componente sob investigação se comporta após a ocorrência de cada mecanismo de falha localizada.



Possibilidades ilimitadas com seus próprios modelos de materiais


Os exemplos compartilhados acima demonstram apenas uma fração do potencial que pode ser desbloqueado com a personalização de modelos de materiais no Simcenter Multimech. Outros exemplos de aplicações incluem:

  • Dependência de temperatura e taxa de deformação em metais

  • Modelos personalizados de danos e falhas multiaxiais

  • Fadiga de baixo ciclo em componentes microestruturais

  • Resposta mecânica de materiais incomuns como vidro, areia, papelão, madeira, etc.

Além disso, no que diz respeito às simulações multiescala, as sub-rotinas de materiais no Simcenter Multimech podem ser usadas em escala microestrutural, juntamente com modelos em escala global resolvidos no Simcenter 3D em diferentes solucionadores, como Nastran, Samcef, Abaqus ou Ansys. Isso significa que agora é possível codificar sub-rotinas de materiais que funcionam com qualquer um desses solucionadores em C++, em vez de sua programação nativa em Fortran.


Para os usuários que lutam para atender às expectativas devido à complexidade do material e às imprecisões causadas pela modelagem incorreta do material, os modelos definidos pelo usuário no Simcenter Multimech são uma solução tangível. Orientação abrangente e exemplos de código, compilação e uso são fornecidos na documentação do Simcenter Multimech.


Oportunidade: Cada vez mais as simulações computacionais avançadas podem ser utilizadas para reduzir os custos e encurtar os prazos de projetos de P&D que eram até então apenas baseados em experimentos físicos. O Simcenter Multimech é um excelente exemplo nesta direção. Com o uso de simulação intensiva nas etapas conceituais do desenvolvimento de novos materiais, podemos ser mais assertivos na construção de experimentos de comprovação de desempenho!


Simcenter Mechanical 2306


O Simcenter Multimech faz parte do grupo Simcenter Mechanical do Simcenter Simulation Software Solutions. Esta versão do Simcenter Multimech foi, portanto, parte da versão Simcenter Mechanical 2306, para saber mais sobre o Simcenter Clique Aqui! Descubra o poder da personalização em simulações CAE com a CAEXPERTS! Agende já a sua reunião exclusiva e explore como criar seus próprios modelos de material avançados. Clique no botão abaixo para reservar o seu horário agora mesmo!


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