Symulacja 3D zginanych elementów z miękkiego drewna w programie ABAQUS

Artykuł przedstawia sposób modelowania elementów zginanych wykonanych z miękkiego drewna. Taki rodzaj drewna jest najczęściej wykorzystywany w konstrukcjach budowlanych. Autorzy wykonali zwięzły przegląd sposobów modelowania drewna na podstawie literatury. Znalazły się w nim trzy podstawowe podejścia: liniowo-sprężysta mechanika pękania (LEFM), mechanika zniszczenia ośrodków ciągłych (CDM) i funkcja Hilla (HF). W pracy zaproponowano rozwiązanie oparte na funkcji Hilla, która dostępna jest w programie ABAQUS. Zróżnicowane zachowanie materiału przy ściskaniu i rozciąganiu osiągnięto poprzez teoretyczny podział modelu na strefę ściskaną i rozciąganą. W obu strefach przyjęto różną wytrzymałość wzdłuż włókien w zależności od panującego stanu naprężenia. Na podstawie badań laboratoryjnych wprowadzono ogólne zależności pomiędzy parametrami sprężystymi i wytrzymałościowymi. Dzięki temu do zastosowania modelu wystarczające jest obliczenie modułu sprężystości wzdłuż włókien (EL) i wytrzymałości na rozciąganie przy zginaniu (MOR). Oba parametry można wyznaczyć bezpośrednio w badaniu trójpunktowego zginania. Prawidłowość modelu MES została potwierdzona badaniami laboratoryjnymi oraz metodą cyfrowej korelacji obrazu (DIC). Model umożliwia przewidywanie zachowania elementów z drewna przy zginaniu w stanie 3D. Uwzględnia zarówno plastyczne płynięcie w środkowej fazie obciążenia, spowodowane przekroczeniem wytrzymałości na ściskanie, jak i przewidywanie siły maksymalnej w wyniku rozciągania. Rozwiązanie jest bardzo praktyczne ze względu na brak problemów ze zbieżnością obliczeń. Dodatkowo liczba wymaganych parametrów jest znacznie mniejsza niż w przypadku innych metod odnalezionych w literaturze.The article presents research on modelling fracture in softwood bent elements. This kind of timber is the one most exploited for construction. Authors present a brief review on the subject with emphasis on three basic attempts: Linear Elastic Fracture Mechanics (LEFM), Continuum Damage Mechanics (CDM) and Hill’s Function (HF). Proposed 3D solution bases on Hill’s Function applied in the ABAQUS FEM code. The new idea includes isolating theoretical compression and tension zones in a model. Then, it is possible to distinguish between compressive and tensile strength and predict a real behaviour of bent elements. Introducing general dependencies between material properties leads to the need of determining only longitudinal elastic modulus (EL) and modulus of rupture (MOR). It is practical because these parameters are the main reported in a scientific and technical literature. Authors describe all of the assumptions in details. The experimental tests and Digital Image Correlation method (DIC) validate the FEM model