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doc:user:elements:volumes:ortho_hypo_materials

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doc:user:elements:volumes:ortho_hypo_materials [2013/07/11 15:46] – [DamageEpIsoHOrthoHypoMaterial] jorisdoc:user:elements:volumes:ortho_hypo_materials [2024/12/09 14:37] (current) – [TmElastOrthoHypoMaterial] vanhulle
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 +====== Orthotropic materials ======
  
 +===== ElastOrthoHypoMaterial =====
 +
 +=== Description ===
 +
 +Linear elastic orthotropic material.
 +
 +The strain-stress relation in the orthotropic frame is written as:
 +
 +
 +$$
 +\left[
 +  \begin{array}{c}
 +    \varepsilon_{11} \\
 +    \varepsilon_{22} \\
 +    \varepsilon_{33} \\
 +    \varepsilon_{23} \\
 +    \varepsilon_{31} \\
 +    \varepsilon_{12}
 +  \end{array}
 +\right]
 +=
 +\left[
 +  \begin{array}{cccccc}
 +    \frac{1}{E_{1}} & -\frac{\nu_{12}}{E_{1}} & -\frac{\nu_{13}}{E_{1}} & 0 & 0 & 0 \\
 +    -\frac{\nu_{12}}{E_{1}} & \frac{1}{E_{2}} & -\frac{\nu_{23}}{E_{2}} & 0 & 0 & 0 \\
 +    -\frac{\nu_{13}}{E_{1}} & -\frac{\nu_{23}}{E_{2}} & \frac{1}{E_{3}} & 0 & 0 & 0 \\
 +    0 & 0 & 0 & \frac{1}{2\,G_{23}} & 0 & 0 \\
 +    0 & 0 & 0 & 0 & \frac{1}{2\,G_{13}} & 0 \\
 +    0 & 0 & 0 & 0 & 0 & \frac{1}{2\,G_{12}}
 +  \end{array}
 +\right]
 +\left[
 +  \begin{array}{c}
 +    \sigma_{11} \\
 +    \sigma_{22} \\
 +    \sigma_{33} \\
 +    \sigma_{23} \\
 +    \sigma_{31} \\
 +    \sigma_{12}
 +  \end{array}
 +\right]
 +$$
 +
 +=== Parameters ===
 +
 +^   Name                                                 Metafor Code     ^
 +| Density                              |   ''MASS_DENSITY''       |
 +| Young Modulus E1                |  ''YOUNG_MODULUS_1''   |
 +| Young Modulus E2                |  ''YOUNG_MODULUS_2''   |
 +| Young Modulus E3                |  ''YOUNG_MODULUS_3''   |
 +| Poisson ratio ν12    |  ''POISSON_RATIO_12''  |
 +| Poisson ratio ν13    |  ''POISSON_RATIO_13''  |
 +| Poisson ratio ν23    |  ''POISSON_RATIO_23''  |
 +| Shear modulus G12      |  ''SHEAR_MODULUS_12''  |
 +| Shear modulus G13      |  ''SHEAR_MODULUS_13''  |
 +| Shear modulus G23      |  ''SHEAR_MODULUS_23''  |
 +| Objectivity method  \\ (Jaumann = 0, GreenNaghdi = 1)  |    ''OBJECTIVITY''       |
 +| Orthotropic axis                                    |    ''ORTHO_AX1_X''       |
 +| Orthotropic axis                                    |    ''ORTHO_AX1_Y''       |
 +| Orthotropic axis                                    |    ''ORTHO_AX1_Z''       |
 +| Orthotropic axis                                    |    ''ORTHO_AX2_X''       |
 +| Orthotropic axis                                    |    ''ORTHO_AX2_Y''       |
 +| Orthotropic axis                                    |    ''ORTHO_AX2_Z''       |
 +
 +Only the first two orthotropic axes are computed using ''ORTHO_AX{1,2}_{X,Y,Z}'', the third one being computed as the cross product of the first two.
 +
 +===== TmElastOrthoHypoMaterial =====
 +:!: Metafor version >=3536
 +=== Description ===
 +Linear thermoelastic orthotropic material with orthotropic thermal conduction law.
 +
 +Thermal conduction writes in the orthotropic frame
 +$$
 +\boldsymbol{K}~\nabla T = \left[
 +  \begin{array}{c c c}
 +     K_1 & 0 & 0 \\
 +     0 & K_2 & 0 \\
 +     0 & 0 & K_3 
 +  \end{array}
 +\right] \nabla T,
 +$$
 +where K is the orthotropic conduction matrix (in material axes) and T is the temperature gradient.
 +
 +Linear thermoelasticity in the orthotropic frame writes
 +$$
 +\boldsymbol{\sigma} = \boldsymbol{\sigma}_0 + \mathbb{H} : (\boldsymbol{\varepsilon} - \boldsymbol{\varepsilon}^{th}) =  \boldsymbol{\sigma}_0 + \mathbb{H} : (\boldsymbol{\varepsilon} - \boldsymbol{\alpha} \Delta T),
 +$$
 +with stress tensor σ, initial stress tensor σ0, Hooke's tensor H, strain tensor (mechanical) ε, and thermal strain tensor εth, which is the product of the temperature variation ΔT and the thermal expansion (symmetric) tensor α.
 +
 +Thermoelastic dissipation term ˙Wte is given by the general (anisotropic) relation
 +$$
 +\dot{W}^{te} = -\eta_{te} \left(\sum_{i=1}^3 \sum_{j=1}^3 \mathbb{H}_{ijkl} \alpha_{kl} \right)T \frac{\dot{J}}{J},
 +$$
 +with fraction of heat dissipated thermoelastic energy ηte and determinant of the Jacobian matrix J.
 +
 +=== Parameters ===
 +^   Name                                                 Metafor Code      Dependency ^
 +| Density                              |   ''MASS_DENSITY''        ''TO/TM''   |
 +| Young Modulus E1                |  ''YOUNG_MODULUS_1''    ''TO/TM''   |
 +| Young Modulus E2                |  ''YOUNG_MODULUS_2''    ''TO/TM''   |
 +| Young Modulus E3                |  ''YOUNG_MODULUS_3''    ''TO/TM''   |
 +| Poisson ratio ν12    |  ''POISSON_RATIO_12''  |  ''TO/TM''   |
 +| Poisson ratio ν13    |  ''POISSON_RATIO_13''  |  ''TO/TM''   |
 +| Poisson ratio ν23    |  ''POISSON_RATIO_23''  |  ''TO/TM''   |
 +| Shear modulus G12      |  ''SHEAR_MODULUS_12''  |  ''TO/TM''   |
 +| Shear modulus G13      |  ''SHEAR_MODULUS_13''  |  ''TO/TM''   |
 +| Shear modulus G23      |  ''SHEAR_MODULUS_23''  |  ''TO/TM''   |
 +| Objectivity method  \\ (Jaumann = 0, GreenNaghdi = 1)  |    ''OBJECTIVITY''    |  -   |
 +| Orthotropic axis                                    |    ''ORTHO_AX1_X''        -   |
 +| Orthotropic axis                                    |    ''ORTHO_AX1_Y''        -   |
 +| Orthotropic axis                                    |    ''ORTHO_AX1_Z''        -   |
 +| Orthotropic axis                                    |    ''ORTHO_AX2_X''        -   |
 +| Orthotropic axis                                    |    ''ORTHO_AX2_Y''        -   |
 +| Orthotropic axis                                    |    ''ORTHO_AX2_Z''        -   |
 +| Thermal Expansion α1                |  ''THERM_EXPANSION_1''    ''TO/TM''   |
 +| Thermal Expansion α2                |  ''THERM_EXPANSION_2''    ''TO/TM''   |
 +| Thermal Expansion α3                |  ''THERM_EXPANSION_3''    ''TO/TM''   |
 +| Conductivity K1                |  ''CONDUCTIVITY_1''    ''TO/TM''   |
 +| Conductivity K2                |  ''CONDUCTIVITY_2''    ''TO/TM''   |
 +| Conductivity K3                |  ''CONDUCTIVITY_3''    ''TO/TM''   |
 +| Heat Capacity Cp                |  ''HEAT_CAPACITY''    ''TO/TM''   |
 +| Dissipated thermoelastic power fraction ηe                ''DISSIP_TE''    -   |
 +| Dissipated (visco)plastic power fraction (Taylor-Quinney factor)                |  ''DISSIP_TQ''    -   |
 +
 +===== EpIsoHOrthoHypoMaterial =====
 +
 +=== Description ===
 +
 +Elastoplastic orthotropic material with isotropic hardening.
 +
 +The elastic part follows the same relation as the [[#orthoelasthypomaterial|linear orthotropic material]].
 +
 +As in the isotropic case, the yield stress verifies the constraint:
 +
 +$$
 +f=\overline{\sigma}-\sigma_{yield}=0
 +$$
 +
 +where ¯σ is an equivalent stress, specific to orthotropic materials. See for example the [[doc:user:elements:volumes:isohard#comp1dirplasticcriterion|criterion]] for long-fiber composites. 
 +
 +=== Parameters ===
 +
 +^   Name                                                 Metafor Code     ^
 +| Density                                              |   ''MASS_DENSITY''       |
 +| Young Modulus E1                |  ''YOUNG_MODULUS_1''   |
 +| Young Modulus E2                |  ''YOUNG_MODULUS_2''   |
 +| Young Modulus E3                |  ''YOUNG_MODULUS_3''   |
 +| Poisson ratio ν12    ''POISSON_RATIO_12''  |
 +| Poisson ratio ν13    |  ''POISSON_RATIO_13''  |
 +| Poisson ratio ν23    |  ''POISSON_RATIO_23''  |
 +| Shear modulus G12      |  ''SHEAR_MODULUS_12''  |
 +| Shear modulus G13      |  ''SHEAR_MODULUS_13''  |
 +| Shear modulus G23      |  ''SHEAR_MODULUS_23''  |
 +| Number of the material law which defines the yield stress σyield    |      ''YIELD_NUM''       |
 +| Number of the plastic criterion                     | ''PLASTICCRITERION_NUM'' |
 +| Objectivity method \\ (Jaumann = 0, GreenNaghdi = 1)|    ''OBJECTIVITY''       |
 +| Orthotropic axis                                    |    ''ORTHO_AX1_X''       |
 +| Orthotropic axis                                    |    ''ORTHO_AX1_Y''       |
 +| Orthotropic axis                                    |    ''ORTHO_AX1_Z''       |
 +| Orthotropic axis                                    |    ''ORTHO_AX2_X''       |
 +| Orthotropic axis                                    |    ''ORTHO_AX2_Y''       |
 +| Orthotropic axis                                    |    ''ORTHO_AX2_Z''       |
 +
 +===== TmEpIsoHOrthoHypoMaterial =====
 +:!: Metafor version >=3536
 +=== Description ===
 +Thermomechanical elastoplastic orthotropic material with isotropic hardening. The thermal part of the law is similar to the one of the [[#orthoelasthypomaterial|linear thermoelastic orthotropic material]].
 +
 +=== Parameters ===
 +^   Name                                                 Metafor Code      Dependency ^
 +| Density                              |   ''MASS_DENSITY''        ''TO/TM''   |
 +| Young Modulus E1                |  ''YOUNG_MODULUS_1''    ''TO/TM''   |
 +| Young Modulus E2                |  ''YOUNG_MODULUS_2''    ''TO/TM''   |
 +| Young Modulus E3                |  ''YOUNG_MODULUS_3''    ''TO/TM''   |
 +| Poisson ratio ν12    |  ''POISSON_RATIO_12''  |  ''TO/TM''   |
 +| Poisson ratio ν13    |  ''POISSON_RATIO_13''  |  ''TO/TM''   |
 +| Poisson ratio ν23    |  ''POISSON_RATIO_23''  |  ''TO/TM''   |
 +| Shear modulus G12      |  ''SHEAR_MODULUS_12''  |  ''TO/TM''   |
 +| Shear modulus G13      |  ''SHEAR_MODULUS_13''  |  ''TO/TM''   |
 +| Shear modulus G23      |  ''SHEAR_MODULUS_23''  |  ''TO/TM''   |
 +| Number of the material law which defines the yield stress σyield    |      ''YIELD_NUM''        -   |
 +| Number of the plastic criterion                     | ''PLASTICCRITERION_NUM'' |  -   |
 +| Objectivity method  \\ (Jaumann = 0, GreenNaghdi = 1)  |    ''OBJECTIVITY''    |  -   |
 +| Orthotropic axis                                    |    ''ORTHO_AX1_X''        -   |
 +| Orthotropic axis                                    |    ''ORTHO_AX1_Y''        -   |
 +| Orthotropic axis                                    |    ''ORTHO_AX1_Z''        -   |
 +| Orthotropic axis                                    |    ''ORTHO_AX2_X''        -   |
 +| Orthotropic axis                                    |    ''ORTHO_AX2_Y''        -   |
 +| Orthotropic axis                                    |    ''ORTHO_AX2_Z''        -   |
 +| Thermal Expansion α1                |  ''THERM_EXPANSION_1''    ''TO/TM''   |
 +| Thermal Expansion α2                |  ''THERM_EXPANSION_2''    ''TO/TM''   |
 +| Thermal Expansion α3                |  ''THERM_EXPANSION_3''    ''TO/TM''   |
 +| Conductivity K1                |  ''CONDUCTIVITY_1''    ''TO/TM''   |
 +| Conductivity K2                |  ''CONDUCTIVITY_2''    ''TO/TM''   |
 +| Conductivity K3                |  ''CONDUCTIVITY_3''    ''TO/TM''   |
 +| Heat Capacity Cp                |  ''HEAT_CAPACITY''    ''TO/TM''   |
 +| Dissipated thermoelastic power fraction ηe                ''DISSIP_TE''    -   |
 +| Dissipated (visco)plastic power fraction (Taylor-Quinney factor)                |  ''DISSIP_TQ''    -   |
 +===== DamageEpIsoHOrthoHypoMaterial =====
 +
 +=== Description ===
 +
 +Elastoplastic orthotropic material with isotropic hardening and damage.
 +
 +The elastoplastic part has the same characteristics as the [[#episohorthohypomaterial|elastoplastic orthotropic material]]
 +
 +The damage part consists in a material softening governed by one or several damage variables dij, whose value is included between 0 and 1. Typically, a modulus equal to Ei before damage becomes (1di)Ei once damage appears, but not always. The way damage is induced depends on the law defined by the parameter ''DAMAGE_NUM''. See for example the [[doc:user:elements:volumes:ortho_continuousdamage|basic laws]]
 +
 +=== Parameters ===
 +
 +^   Name                                                 Metafor Code     ^
 +| Density                                              |   ''MASS_DENSITY''       |
 +| Young Modulus E1                |  ''YOUNG_MODULUS_1''   |
 +| Young Modulus E2                |  ''YOUNG_MODULUS_2''   |
 +| Young Modulus E3                |  ''YOUNG_MODULUS_3''   |
 +| Poisson ratio ν12    |  ''POISSON_RATIO_12''  |
 +| Poisson ratio ν13    |  ''POISSON_RATIO_13''  |
 +| Poisson ratio ν23    |  ''POISSON_RATIO_23''  |
 +| Shear modulus G12      |  ''SHEAR_MODULUS_12''  |
 +| Shear modulus G13      |  ''SHEAR_MODULUS_13''  |
 +| Shear modulus G23      |  ''SHEAR_MODULUS_23''  |
 +| Number of the material law which defines the yield stress σyield    |      ''YIELD_NUM''       |
 +| Number of the plastic criterion                      ''PLASTICCRITERION_NUM''  |
 +| Number of the damage law                            |  ''DAMAGE_NUM''          |
 +| Maximal value of damage variables (failure)          ''DAMAGE_MAX''          |
 +| Objectivity method \\ (Jaumann = 0, GreenNaghdi = 1)|    ''OBJECTIVITY''       |
 +| Orthotropic axis                                    |    ''ORTHO_AX1_X''       |
 +| Orthotropic axis                                    |    ''ORTHO_AX1_Y''       |
 +| Orthotropic axis                                    |    ''ORTHO_AX1_Z''       |
 +| Orthotropic axis                                    |    ''ORTHO_AX2_X''       |
 +| Orthotropic axis                                    |    ''ORTHO_AX2_Y''       |
 +| Orthotropic axis                                    |    ''ORTHO_AX2_Z''       |

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