Tsai-Wu定式化を使用する直交異方性ソリッド材料を記述します。この材料は、Tsai-Wu基準を満たすまでは、3次元直交異方性弾性です。LAW12はLAW14を一般化および改善したものです。
弾性相
どちらの材料則も、弾性相で材料の直交異方性を記述するには、ヤング率、せん断係数、およびポアソン比(9パラメータ)が必要です。
図 1.
(1)
[ε11ε22ε33γ12γ23γ31]=[1E11−ν12E11−ν31E330001E22−ν23E220001E3300012G1200symm.12G23012G31]⋅[σ11σ22σ33σ12σ23σ31]⎡⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢⎣ε11ε22ε33γ12γ23γ31⎤⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥⎦=⎡⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢⎣1E11−ν12E11−ν31E330001E22−ν23E220001E3300012G1200symm.12G23012G31⎤⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥⎦⋅⎡⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢⎣σ11σ22σ33σ12σ23σ31⎤⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥⎦
応力損傷
損傷では、応力制限
σt1, σt2 and σt3σt1, σt2 and σt3
(引張り / 圧縮)が要求されます。これらの応力制限は、関連する3つの方向での引張り試験で確認することができます。
図 3.
応力制限に達すると、材料の損傷が始まります(応力は損傷パラメータ
δδ
により減少)。損傷(
Di=Di+δDi=Di+δ
)がD=1に達すると、応力は0になります。
図 4.
Tsai-Wu降伏基準
LAW12(3D_COMP)の場合、Tsai-Wu降伏基準は次のようになります:
(2)
F(σ)=F1σ1+F2σ2+F3σ3+F11σ21+F22σ22+F33σ23+F44σ212+F55σ223+F66σ231+2F12σ1σ2+2F23σ2σ3+2F13σ1σ3F(σ)=F1σ1+F2σ2+F3σ3+F11σ21+F22σ22+F33σ23+F44σ212+F55σ223+F66σ231+2F12σ1σ2+2F23σ2σ3+2F13σ1σ3
Tsai-Wu基準の12の係数は、以下の試験による降伏応力を使用して決まります:
引張り / 圧縮試験
- 縦方向引張り / 圧縮(方向1):
図 5.
(3)
F1=−1σc1y+1σt1yF1=−1σc1y+1σt1y
(4)
F11=1σc1yσt1y
- 横方向引張り / 圧縮(方向2):
図 6.
(5)
F2=−1σc2y+1σt2y
(6)
F22=1σc2yσt2y
- 横方向引張り / 圧縮(方向3):
図 7.
(7)
F3=−1σc3y+1σt3y
(8)
F33=1σc3yσt3y
これで、相互作用係数が次のように計算できます:
(9)
F12=−12√(F11F22)
(10)
F23=−12√(F22F33)
(11)
F13=−12√(F11F33)
せん断試験
- 平面1-2でのせん断試験:
図 8.
σt12y
および
σc12y
は以下のサンプル試験の結果であり得る:
図 9.
(12)
F44=1σc12yσt12y
- 平面1-3でのせん断
図 10.
σt31y
および
σc31y
は以下のサンプル試験の結果であり得る:
図 11.
(13)
F66=1σc31yσt31y
- 平面2-3でのせん断:
図 12.
(14)
F55=1σc23yσt23y
Tsai-Wu基準の計算には、
LAW12および
LAW14の以下に示すパラメータが要求されます:
図 13.
Tsai-Wuの降伏曲面は、
F(σ)=1
です。
(F(σ)≤1)
である限り、材料は弾性相にあります。
(F(σ)>1)
になると降伏曲面を超え、材料は非線形相となります。
これら2つの材料則では、降伏曲面には次の係数も考慮する場合があります。
- 塑性仕事
Wp
とパラメータBおよびn
- ひずみ速度
˙ε
とパラメータ
˙ε0
およびc (15)
F(Wp,˙ε)=(1+BWnp)(1+cln.ε.εo)
これで、降伏曲面は
F(σ)=F(Wp,˙ε)
となります。
- 右記の場合、材料は弾性相になります;
F(σ)≤F(Wp,˙ε)
- 右記の場合、材料は非線形相になります;
F(σ)>F(Wp,˙ε)
この降伏曲面
F(Wp,˙ε)
は、
fmax
(
F(Wp,˙ε)≤fmax
)によって制限されます。ここで、
fmax
はTsai-Wu基準制限の最大値です。
fmax=(σmaxσy)2
パラメータ
B、
n、
cおよび
˙ε0
により、降伏曲面は1~
fmax
となります。
図 14. 1-2平面のTsai-Wu降伏基準