materiali elastici e modulo di Young

tecnico_plast

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#1
Salve a tutti,
avrei bisogno del vostro aiuto per risolvere un problema:
devo modellare un dispositivo idraulico, in cui l’acqua esercita una pressione su una piastrina (membrana) in silicone, che deformandosi sotto l’azione di questa pressione, ostruisce un foro di uscita che determina la portata. Più alta è la pressione dell’acqua, più la piastrina si deforma e ostruisce il foro e più diminuisce la portata. Viceversa, se la pressione è bassa la piastrina non si deforma, non ostruisce il foro e quindi la portata aumenta.
Il problema maggiore sta nel valutare la deformazione della piastrina, essendo la deformazione delle gomme un fenomeno altamente non lineare, dovrei considerare il silicone un materiale iperelastico, o per semplicità si può considerare un materiale elastico?
Inoltre non riesco a trovare il valore del modulo di Young del silicone, ho trovato quello della gomma (natural rubber), sapete dove posso trovare delle tabelle specifiche per i materiali elestomerici?

Grazie a tutti.
 

cacciatorino

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#2
Salve a tutti,
avrei bisogno del vostro aiuto per risolvere un problema:
devo modellare un dispositivo idraulico, in cui l’acqua esercita una pressione su una piastrina (membrana) in silicone, che deformandosi sotto l’azione di questa pressione, ostruisce un foro di uscita che determina la portata. Più alta è la pressione dell’acqua, più la piastrina si deforma e ostruisce il foro e più diminuisce la portata. Viceversa, se la pressione è bassa la piastrina non si deforma, non ostruisce il foro e quindi la portata aumenta.
Il problema maggiore sta nel valutare la deformazione della piastrina, essendo la deformazione delle gomme un fenomeno altamente non lineare, dovrei considerare il silicone un materiale iperelastico, o per semplicità si può considerare un materiale elastico?
Inoltre non riesco a trovare il valore del modulo di Young del silicone, ho trovato quello della gomma (natural rubber), sapete dove posso trovare delle tabelle specifiche per i materiali elestomerici?

Grazie a tutti.
C'e' il problema che le deformazioni nel tuo caso sono notevoli, per cui penso che usare l'ipotesi di linearita' sia poco realistico.

Inotlre nel tuo caso mi sembra che tu hai fenomeni idraulici, per cui il sistema e' dinamico e non statico, con tutte le farie problematiche dovute al teorema di Bernoulli e agli attriti viscosi, esempio: l'inflessione della membrana dipendera' dal differenziale di pressione fra le due camere, ma la differenza di pressione dipendera' a sua volta dalla velocita' del flusso e quindi dall'inflessione della membrana. Credo che il tuo sistema dovrebbe andare a cercarsi il suo equilibrio elastico, per cui penso non potrai fare altro che usare una modellazione non lineare.
 

tecnico_plast

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#3
C'e' il problema che le deformazioni nel tuo caso sono notevoli, per cui penso che usare l'ipotesi di linearita' sia poco realistico.

Inotlre nel tuo caso mi sembra che tu hai fenomeni idraulici, per cui il sistema e' dinamico e non statico, con tutte le farie problematiche dovute al teorema di Bernoulli e agli attriti viscosi, esempio: l'inflessione della membrana dipendera' dal differenziale di pressione fra le due camere, ma la differenza di pressione dipendera' a sua volta dalla velocita' del flusso e quindi dall'inflessione della membrana. Credo che il tuo sistema dovrebbe andare a cercarsi il suo equilibrio elastico, per cui penso non potrai fare altro che usare una modellazione non lineare.
Che il fenomeno sia altamente non lineare non ci sono dubbi.

Il problema principale da risolvere in questa fase è quello di capire quali sono le leggi costitutive che caratterizzano il silicone, e trovare il modulo di Young.
 

tecnico_plast

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#4
Inotlre nel tuo caso mi sembra che tu hai fenomeni idraulici, per cui il sistema e' dinamico e non statico
Dimenticavo di dire, che il fenomeno è stazionario, perchè una volta raggiunto l'equilibrio, ad una determinata pressione, la piastrina non si muoverà più e a me interessa studiare cosa succede a questo punto.
Il transitorio durante il quale la piastrina si deforma fino a raggiungere l'equilibrio non deve essere oggetto di studio.
 

cacciatorino

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#5
Dimenticavo di dire, che il fenomeno è stazionario, perchè una volta raggiunto l'equilibrio, ad una determinata pressione, la piastrina non si muoverà più e a me interessa studiare cosa succede a questo punto.
Il transitorio durante il quale la piastrina si deforma fino a raggiungere l'equilibrio non deve essere oggetto di studio.
Ok, ma ho l'impressione che la posizione finale della membrana dipenda dal differenziale di pressione e dalla portata del momento.
Per cui, pur lavorando in regime stazionario, la posizione della membrana non e' conosciuta a priori. Era questo che intendevo quando dicevo che devi dare al sistema la possibilita' di trovare il suo equilibrio, e questo ho l'impressione sia possibile farlo solo lavorando per approssimazioni successive, e quindi con analisi non lineare.
 

tecnico_plast

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#6
La deformazione della membrana dipende dalla pressione, una volta raggiunto l'equilibrio a quella determinata pressione, mi interessa valutare la portata.
Aumentando la pressione, la membrana si deforma ulteriormente e ostruisce ulteriormente il foro di uscita, influenzando la portata.
Io devo valutare step-by-step la variazione della portata al variare della pressione, a step di 0.5 bar.
 

MacGG

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#7
Ciao tecnico_plast,

il problema è piuttosto complesso ma abbastanza facilmente risolvibile se hai gli strumenti giusti.

In particolare hai bisogno di un codice FSI, ovvero di accopiamento fuido strutturale, tipo MSC.Dytran e credo anche Abaqus.
Il problema è non lineare, per una serie di aspetti, ovvero i materiali, i grandi spostamenti, i carichi, ma sono tutti modellabili in questi codici.

Con tali codici (sicuramente con Dytran), puoi anche fare direttamente delle analisi dinamiche e quindi eseguire un transitorio di carico che ti analizza una serie di condizioni di portata.

Ciao

MacGG
 

tecnico_plast

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#8
Gli strumenti li ho, basta solo saper modellare il problema, per questo avevo inserito il post :smile:
 

MacGG

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#9
Ottimo tecnico_plast,

allora con Dytran, ti consiglio di impostare una portata che via-via aumenta e quindi leggerti la pressione sulla membrana. Non saprei infatti come fare ad imporre la pressione al fluido senza fare una volume di fluido sufficiente al passagggio dello stesso nell'orifizio.

Per il resto non credo che tu abbia problemi a modellarlo.

Ciao

MacGG
 

bio

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#10
Gli strumenti li ho, basta solo saper modellare il problema, per questo avevo inserito il post :smile:
il problema è capire i limiti del software che usi...

mesh deformabile o mesh mobile è la prima domanda da porsi...per esempio con cfx 11 non puoi fare la chiusura completa di un trafilamento e bisogna ricorrere o a trucchi (trafilamenti minimi) o alla mesh mobile del 12...dipende dal tuo software...

poi dipende come puoi meshare i vari domini (solido/fluido) e poi dopo pensi a impostare la simulazione .. per esmepio con ansys devi creare prima la sim strutturale e importarla poi in cfx per creare una simulazione fsi...

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MacGG

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#11
Hei bio,

con un software FSI le cose sono un po' diverse, non servono trucchi e le mesh le fai tutte nello stesso ambiente.

Ciao

MacGG
 

tecnico_plast

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#12
Abbiamo Comsol, utilizzando il modulo di interazione fluido-struttura il problema si può modellare.

Devo solo capire come si comporta la membrana.
 

bio

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#13
Hei bio,

con un software FSI le cose sono un po' diverse, non servono trucchi e le mesh le fai tutte nello stesso ambiente.

Ciao

MacGG
appunto, dipende dal software...con ansys+cfx devi fare determinate cose, con qualcos'altro devi fare altro...e le mesh le puoi fare in 2 ambienti separati...dato che ti permette di avere mesh differenti/non congruenti...

dipende da comsol cosa permette di fare e come...mesh mobile sia per fluido che per struttura? mesh deformabile per fluido?

quando sai cosa puoi fare, puoi decidere come modellare il problema e poi come risolverlo..

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tecnico_plast

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#14
Si può fare tutto, tranne il caffè.

Come altri software, non si può portare a chiusura un foso di passaggio, perchè sarebbe come coler annullare la mesh in quel punto.

So cosa posso fare, sono nella fase di decidere come modellare il problema, e per questo mi serviva sapere come si comporta il silicone e il suo modulo elastico.
 

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#15
Si può fare tutto, tranne il caffè.

Come altri software, non si può portare a chiusura un foso di passaggio, perchè sarebbe come coler annullare la mesh in quel punto.

So cosa posso fare, sono nella fase di decidere come modellare il problema, e per questo mi serviva sapere come si comporta il silicone e il suo modulo elastico.
ci sono dei trucchi per portare a chiusura i fori di passaggio...ma non sono buoni in questo caso...

cmq il silicone non è facile da modellare, devi avere dati precisi (fornitore)...caratterizzare un elastomero è tutt'altro che banale..

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#16
se non hai proprio dati per caratterizzare l'elastomero, ho alcuni dati dalla libreria di ansys :biggrin:



se ti possono servire li copio in excel (ctrl-c ctrl-v) e te li passo..

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MacGG

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#19
Ciao tecnico_plast,

di solito i codici FSI, hanno la funzionalità di autoremesh e quindi i fori si possono chiudere in quanto la mesh si può deformare e se la qualità degrada, l'autoremesh sulla deformata, riporta ad una qualità adeguata la defoemata stessa (senza trucchi e senza inganni!!!).

Per i siliconi, non puoi usare delle curve sigma-epsilon, in quanto la correlazione tra le diverse componenti di sforzo, non è diretta come nei materiali elastici lineari o non lineari, ma segue delle funzioni più complesse, ovvero il cosiddetto modulo di Poisson (non saprei chi te lo fornirebbe per un silicone), non è costante.
Per questo motivo si usano delle formulazioni diverse, in genere la formulazione Moonley-Rivlin è adatta per i siliconi comuni e le aziende serie (BASF, 3M, etc), usando anche gli stessi strumenti FE che ti ho indicato, ti possono fornire direttamente i parametri per tale formulazione.

Spero di esserti stato d'aiuto, purtroppo Comsol non lo conosco, ma mi dicono anche che non dovrebbe essere adatto a quello che dovresti fare se non su un modello estremamente semplificato.

Ciao

MacGG
 

stef_design

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#20
stasera quando torno a casa te lo mando...al lavoro non usiamo ancora la 12 e quindi non ho questi materiali..

bio
O.T. Ma la 11 non ha i siliconi