Численная верификация моделей сталей и бетона для цифрового двойника в SIMULIA Abaqus
Модели материалов являются неотъемлемой частью цифрового двойника любого изделия, оказывающей существенное влияние на достоверность результатов численного моделирования. Данное влияние тем сильнее, чем больше физических явлений рассматривается при моделировании. В частности, для механических процессов таковыми могут быть: большая пластическая деформация и разрушение пластичных материалов, к которым относятся стали, являющиеся на данный момент наиболее распространенным конструкционным материалом в машиностроении.
Цель и объем выполненных работ
Выполнены работы по заданию и валидации моделей сталей А500С, 09Г2С и 20 для решателя Abaqus/Explicit, учитывающие явления упругой, большой пластической деформации и разрушения данных материалов. Исходными данными являлись экспериментальные кривые по результатам комплекса статических и динамических испытаний образцов на сжатие и растяжение вплоть до разрушения. Целью работы являлось создание численных моделей указанных сталей в терминах ПП Abaqus, позволяющих имитировать с погрешностью <10% поведение стальных деталей в процессе баллистического пробития конструкции.
Для решения задач деформирования образцов применялся явный решатель в высокодинамической или квазистатической постановке в зависимости от конкретного расчетного случая.
Результаты работ
Для каждой марки стали из рассматриваемого перечня выполнены: 1) аппроксимация экспериментальных кривых деформирования гладкими функциями с сохранением положения точки бифуркации; 2) дополнение моделей материалов справочными данными при недостаточности экспериментальных; 3) численное моделирование испытаний образцов на статическое растяжение до разрыва; 4) численное моделирование испытаний образцов на динамическое растяжение и сжатие с учетом конструкции экспериментальной установки. Для каждого расчетного случая выполнено исследование сеточной сходимости, позволившее сформулировать рекомендации по достаточной плотности КЭ-сетки модели конструкции.