Materialdaten

Aus ESOCAETWIKIPLUS

engl: material data          Kategorie: Level 1 Material

Die Materialdaten sind diejenigen Zahlenwerte, die in der Simulation das Verhalten des Materials des Bauteils beschreiben.

Die Materialdaten können auch als Werkstoffdaten bezeichnet werden.

In der Strukturmechanik, Statik:

• Elastizitätsmodul E (EX,EY,EZ),
• Querkontraktion ν (NUXY,NUYZ,NUXZ oder PRXY,PRYZ,PRXZ),
• Wärmeausdehnungskoeffizient α (APLX,ALPY,ALPZ oder ..)

In der Strukturmechanik, Dynamik zusätzlich zu den Werten der Statik:

• Dichte ρ (DENS),
• Reibbeiwerte

Für Temperaturfeld, stationär:

• Wärmeleitfähigkeit λ (KXX,KYY,KZZ)

Für Temperaturfeld, transient zusätzlich zu den Werten für stationär:

• Dichte ρ (DENS),
• Wärmekapazität c (C),
• Enthalpie H (ENTH)

Für die numerische Lösung der FEM-Simulation ist es notwendig, dass die Materialmatrix mit Zahlen belegt ist, die bestimmte Bedingungen einhalten (positiv definit). Gerade bei richtungsabhängigen Materialdaten in der Mechanik kann es durchaus passieren, dass man als Anwender vom Programm darauf hingewiesen wird, dass diese Bedingung für die Lösung eingehalten sein muss.

Woher bekommt man die Materialdaten?

Oftmals sind einige Daten in einer Datenbank innerhalb der Simulations-Software abrufbar. Für die eigene Anwendung sollten diese Daten aber immer hinterfragt werden: sind es Mittelwerte ([[Best Estimate|best estimate) oder Mindestwerte (nach Norm) (konservative Grenzwerte) oder müssen sie für die eigene Anwendung als Funktion der Temperatur gegeben sein usw.

Bei Materialdaten, die aus Experimenten abgeleitet werden, sollte auf die angemessene Genauigkeit geachtet werden: sie sollten nur so genau sein wie für die Simulation sinnvoll. Aufgrund der Unschärfen der Simulation reicht oftmals eine Genauigkeit der Materialdaten von +/-1 % völlig aus, vielleicht auch +/- 10 %. Wichtiger ist dafür ein funktionaler Verlauf, z.B. abhängig von der Temperatur.

Bei Experimenten zur Bestimmung von Materialdaten sollte auch immer hinterfragt werden, ob Proben nach Norm geeignet sind. Gehen Sie vom Simulations-Bauteil aus, schätzen Sie die Verwendung und die Auswirkung des gesuchten Materialwertes ab und entscheiden Sie auf dieser Basis über das geeignete Experiment.

Beispiel

Die Halterung der Batterie eines modernen Fahrzeugs ist zu berechnen. Der Elastizitätsmodul wird mit 210 GPa eingesetzt. Sollte dieser Wert genauer bestimmt werden? Nein, denn wichtiger ist die Berücksichtigung, dass die Li-Ion-Batterie warm wird und der Elastizitätsmodul bei 60°C schon deutlich von dem Wert bei Raumtemperatur abweicht. Außerdem hat das Blech vielleicht eine Walzrichtung und geänderte Eigenschaften in bestimmten Richtungen...

Andere Begriffe

Wenn die Materialdaten streuen und diese Streuung für Ihr Simulationsziel wichtig ist, sollten Sie eine Untersuchung der Robustheit durchführen.