LSDYNA培訓手冊3ppt課件

1、材料的定義材料的定義第第3-1章章Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual材料的定義材料的定義本章目標本章目標本章內容覆蓋了本章內容覆蓋了ANSYS/LS-DYNA中材料模式的選擇與定義中材料模式的選擇與定義標題標題:現(xiàn)有的材料模型現(xiàn)有的材料模型ANSYSLS-DYNA材料的圖形操作界面材料的圖形操作界面GUI）輸入材料數(shù)據輸入材料數(shù)據線彈性材料線彈性材料非線性彈性材料非線性彈性材料塑性材料塑性材料應變率無關各向同性塑性材料應變率無關各向同性塑性

2、材料應變率相關各向同性塑性材料應變率相關各向同性塑性材料應變率相關各向異性塑性材料應變率相關各向異性塑性材料壓力相關塑性材料壓力相關塑性材料溫度敏感塑性材料溫度敏感塑性材料狀態(tài)方程模型狀態(tài)方程模型Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual材料的定義材料的定義 本章目標本章目標標題標題 (續(xù)續(xù)):空材料空材料 損傷模型損傷模型泡沫材料泡沫材料離散單元性質離散單元性質索單元性質索單元性質剛性材料剛性材料一般材料定義指導一般材料定義指導材料定義練習材料定

3、義練習Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual材料的定義材料的定義A. 可用的材料模型可用的材料模型ANSYS/LS-DYNA支持比支持比ANSYS隱式更大的材料庫，因而，它幾乎能模擬隱式更大的材料庫，因而，它幾乎能模擬任何實際問題。任何實際問題。ANSYS/LS-DYNA材料庫提供許多特性，其中包括材料庫提供許多特性，其中包括 :考慮應變失效的應變率相關塑性材料模型考慮應變失效的應變率相關塑性材料模型溫度相關和溫度敏感塑性材料模型溫度相關和溫度

4、敏感塑性材料模型狀態(tài)方程和空材料模型鳥撞分析等）狀態(tài)方程和空材料模型鳥撞分析等）為了使用方便，這些材料模型分為為了使用方便，這些材料模型分為5組組GUI菜單菜單:LinearNonlinearEquation of StateDiscrete Element PropertiesRigid MaterialsExplicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual材料的定義材料的定義B. ANSYS/LS-DYNA材料圖形用戶界面材料圖形用戶界面材料材料GUI目

5、錄樹圖結構與隱式目錄樹圖結構與隱式ANSYS一致一致.IIIIIIIVVExplicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual材料的定義材料的定義. ANSYS/LS-DYNA材料圖形用戶界面材料圖形用戶界面現(xiàn)有的現(xiàn)有的ANSYS/LS-DYNA材料庫包括材料庫包括: Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual材料

6、的定義材料的定義 ANSYS/LS-DYNA材料圖形用戶界面材料圖形用戶界面材料輸入方法簡單不易出錯材料輸入方法簡單不易出錯圖形用戶界面禁止密度隨溫度變化的輸入圖形用戶界面禁止密度隨溫度變化的輸入不再使用不再使用MPMOD和和MPUNDO命令命令圖形用戶界面能接受直接批處理輸入方式圖形用戶界面能接受直接批處理輸入方式 (w/o MPMOD)Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual材料的定義材料的定義C. 輸入材料數(shù)據輸入材料數(shù)據ANSYS/LS-

7、DYNA中大多數(shù)材料需要輸入密度中大多數(shù)材料需要輸入密度 (DENS), 楊氏模量楊氏模量(EX)和泊和泊松比松比 (NUXY or PRXY) , 這些定義都使用這些定義都使用MP命令。命令。在在ANSYS/LS-DYNA中，一些材料模型需要輸入載荷曲線。這些曲線用來中，一些材料模型需要輸入載荷曲線。這些曲線用來定義材料的兩個變量的相關性，例如屈服應力隨塑性應變的變化。定義材料的兩個變量的相關性，例如屈服應力隨塑性應變的變化。使用兩組數(shù)組和使用兩組數(shù)組和EDCURVE 定義載荷曲線定義載荷曲線:Preprocessor Material Props Curve Options .通常，應力應

8、變數(shù)據是指真應力與真應變格式通常，應力應變數(shù)據是指真應力與真應變格式Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual材料的定義材料的定義. 輸入材料數(shù)據輸入材料數(shù)據通過通過EDCURVE, LIST或或EDCURVE, PLOT命令檢查應力應變數(shù)據命令檢查應力應變數(shù)據EDCURVE, LISTCurve starts at Yield PointExplicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynami

9、cs with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual材料的定義材料的定義D. 線彈性材料線彈性材料線彈性材料中包括四種不同的材料模型線彈性材料中包括四種不同的材料模型:流體流體 : 充滿流體的容器在沖擊載荷下的彈性性質充滿流體的容器在沖擊載荷下的彈性性質各向同性各向同性 : 材料性質各個方向都相同材料性質各個方向都相同正交各向異性正交各向異性 : 3個相互正交對稱平面上的性質不同個相互正交對稱平面上的性質不同各向異性各向異性 : 材料中一點的性質與該點在材料中的位置無關材料中一點的性質與該點在材料中的位置無關線彈性材料沒有塑性變形而完全由虎克定律來定義線彈性材料沒有

10、塑性變形而完全由虎克定律來定義:流體流體 : EDMP, FLUID, MAT, K彈性流體模型要求輸入彈性流體模型要求輸入DENS密度）、密度）、K體積模量）體積模量）體積模量可以通過體積模量可以通過EDMP命令直接輸入或者由命令直接輸入或者由EX和和NUXY的值用下式自動計的值用下式自動計算算:)21 (3EKjijIc Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual材料的定義材料的定義. 線彈性材料線彈性材料各向同性 :大多數(shù)工程材料例如鋼鐵都是

11、各向同性的通過DENS、EX和NUXY定義即可正交各向異性 : EDMP, ORTHO正交各向異性材料通過9個獨立的常數(shù)和DENS定義橫向各向同性材料正交各向異性的一種特例通過5個獨立的常數(shù)(EXX, EZZ, NUXY, NUXZ, GXY)和 DENS定義正交各向異性材料的定義與EDLCS命令所定義的坐標系編號有關:Preprocessor: Material Props Local CS Create Local CS各向異性 : EDMP, ORTHO 和 TB, ANEL各向異性材料通過21個相互獨立的參數(shù)和DENS定義使用局部坐標系 (EDLCS) 和數(shù)據表 (TB,ANEL)Ex

12、plicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual材料的定義材料的定義E. 非線性彈性材料非線性彈性材料非線性彈性材料包括三種材料模型:Blatz-Ko模型: 可壓縮泡沫材料例如聚氨酯橡膠）Mooney-Rivlin模型 : 不可壓橡膠材料粘彈性材料 : 玻璃和類玻璃材料非線性彈性材料能夠經受大的可恢復彈性變形。所有的超彈材料(Blatz-Ko 和 Mooney-Rivlin)應變是可逆的，但是粘彈性材料粘性部分的應變是不可逆的，彈性應變部分是可逆的。Blat

13、z-Ko 超彈模型 :Blatz-Ko 材料模型只用于壓縮下的橡膠材料ANSYS/LS-DYNA自動設定泊松比 (NUXY)為 0.463，因此僅需要輸入DENS和GXY材料響應通過應變能密度函數(shù)W定義,是應變不變量和32 522332IIIGxyWExplicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual材料的定義材料的定義. 非線性彈性材料非線性彈性材料Mooney-Rivlin 超彈材料超彈材料 : TB, MOONEY, , , , TBOPT用于定義不可

14、壓縮橡膠的材料響應用于定義不可壓縮橡膠的材料響應與與ANSYS隱式雙參數(shù)模型基本相同隱式雙參數(shù)模型基本相同需要輸入需要輸入DENS, NUXY, 和常數(shù)和常數(shù)C10 和和 C01為保證不可壓縮性質為保證不可壓縮性質, NUXY 必須在必須在 0.49和和0.50間取值間取值Mooney-Rivlin系數(shù)可以直接輸入系數(shù)可以直接輸入(TBOPT=0)或者通過或者通過LS-DYNA對測試數(shù)據的對測試數(shù)據的計算得到計算得到 (TBOPT=2)。對后一種情況，舉例如下。對后一種情況，舉例如下:TB, MOONEY, 1, , , 2 ! 材料材料1的計算數(shù)據的計算數(shù)據 TBDATA, 1, 0.0,

15、0.0 ! C10 和和 C01 設為零設為零TBDATA, 3, L0 , w, t ! 樣品的原始長度、寬度和厚度樣品的原始長度、寬度和厚度TBDATA, 6, LCID ! 長度變化與力載荷曲線數(shù)據長度變化與力載荷曲線數(shù)據 注注: 如果如果L0 , w和和t都等于都等于1.0, 那么那么LCID =工程應力工程應力vs. 應變應變材料響應通過應變能密度函數(shù)材料響應通過應變能密度函數(shù)W定義：定義：1 , 2 和和 3 是應變不變量，是應變不變量，K 是體積模量。是體積模量。2320111015 .3C3CWExplicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Ex

16、plicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual材料的定義材料的定義. 非線性彈性材料非線性彈性材料粘彈性材料粘彈性材料 : TB, EVISC這類材料具有彈性變形可恢復部分和粘性變形不可恢復部分這類材料具有彈性變形可恢復部分和粘性變形不可恢復部分用于模擬類玻璃材料和火箭固體燃料等用于模擬類玻璃材料和火箭固體燃料等剪切關系由下式表達剪切關系由下式表達:除了密度除了密度 DENS, 還需輸入以下參數(shù)還需輸入以下參數(shù):Go = 短期短期 (初始初始) 彈性剪切模量彈性剪切模量G = 長期長期 (無限無限)彈性剪切模量彈性剪切模量K = 彈性

17、體積模量彈性體積模量1/= 衰減常數(shù)衰減常數(shù) toe)GG(GtGExplicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual材料的定義材料的定義F. 塑性材料塑性材料塑性材料模型包含塑性材料模型包含ANSYS/LS-DYNA中大多數(shù)非線性非彈性材料。要根據所中大多數(shù)非線性非彈性材料。要根據所分析材料的類型、應用領域和材料常數(shù)的可獲取性來選擇某個特定塑性模型分析材料的類型、應用領域和材料常數(shù)的可獲取性來選擇某個特定塑性模型。塑性模型可以分為五類塑性模型可以分為五類:

18、類別類別 1：應變率和塑性無關的各向同性材料：應變率和塑性無關的各向同性材料類別類別 2: 應變率和塑性相關的各向同性材料應變率和塑性相關的各向同性材料類別類別 3: 應變率和塑性無關的各向異性材料應變率和塑性無關的各向異性材料類別類別 4: 壓力相關塑性壓力相關塑性類別類別 5: 溫度敏感塑性溫度敏感塑性為分析材料選擇正確的類別非常重要，為分析材料選擇正確的類別非常重要， 在某類別內選擇特定的模型相比就不在某類別內選擇特定的模型相比就不那么重要了，這通常取決于材料數(shù)據的可獲取性。那么重要了，這通常取決于材料數(shù)據的可獲取性。Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYN

19、A 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual材料的定義材料的定義. 塑性材料塑性材料大多數(shù)非線性有限元分析精確性的關鍵在于材料常數(shù)的質量。為了得到最好大多數(shù)非線性有限元分析精確性的關鍵在于材料常數(shù)的質量。為了得到最好的結果，應該從材料供應者那里得到材料常數(shù)或者去做材料特性分析。的結果，應該從材料供應者那里得到材料常數(shù)或者去做材料特性分析。一些塑性模型需要輸入附加的狀態(tài)方程一些塑性模型需要輸入附加的狀態(tài)方程 (EOS)。這些方程將會在介紹完所有。這些方程將會在介紹完所有的塑性模型后進行詳細的討論。的塑性模型后進行詳細的討

20、論。Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual材料的定義材料的定義G. 應變率無關各向同性塑性材料應變率無關各向同性塑性材料類別類別1: 應變率和塑性無關的應變率和塑性無關的 各向同性材料各向同性材料1a: 經典的雙線性隨動硬化經典的雙線性隨動硬化 (BKIN)1b: 經典的雙線性等向硬化經典的雙線性等向硬化 (BISO)BKIN 和和 BISO : TB, BKIN 和和 TB, BISO這些模型通常用于整個成形持續(xù)時間相對較長的過程例如金屬板沖

21、壓），這些模型通常用于整個成形持續(xù)時間相對較長的過程例如金屬板沖壓），以及大多數(shù)工程材料中鋼、鋁、鑄鐵等）。以及大多數(shù)工程材料中鋼、鋁、鑄鐵等）。兩種模型都有兩個斜率，彈性模量兩種模型都有兩個斜率，彈性模量(EX)和切向模量和切向模量(ETAN) 來表達材料的應力來表達材料的應力應變行為。應變行為。 BKIN和和BISO模型所需輸入的參數(shù)相同模型所需輸入的參數(shù)相同 : MP命令定義命令定義DENS, EX和和NUXYTB和和TBDATA命令定義屈服應力和切向模量命令定義屈服應力和切向模量Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynam

22、ics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual材料的定義材料的定義.應變率無關各向同性塑性材料應變率無關各向同性塑性材料BKIN和和BISO模型的差別僅在于硬化假設不同。模型的差別僅在于硬化假設不同。 隨動硬化假設二次屈服發(fā)生在隨動硬化假設二次屈服發(fā)生在2y 等向硬化假設二次屈服發(fā)生在等向硬化假設二次屈服發(fā)生在2maxBISO模型允許有溫度相關模型允許有溫度相關:預加熱載荷分析和熱瞬態(tài)分析預加熱載荷分析和熱瞬態(tài)分析 (見第見第2-1章章)指定六個溫度條件下的材料數(shù)據指定六個溫度條件下的材料數(shù)據使用使用MPTEMP, MPDATA, TBTEMP和和TBDAT

23、A設定高屈服應力模擬熱彈性材料設定高屈服應力模擬熱彈性材料Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual類別類別2:應變率和塑性相關的應變率和塑性相關的 各向同性材料各向同性材料2a: 塑性隨動塑性隨動: 帶有失效應變的帶有失效應變的Cowper-Symonds模型模型2b:冪率硬化冪率硬化: 帶有強度和硬化系數(shù)的帶有強度和硬化系數(shù)的Cowper-Symonds模型模型2c: 分段線性分段線性: 帶有多線性曲線和失效應變的帶有多線性曲線和失效應變的Co

24、wper-Symonds模型模型2d: 率相關率相關: 通過載荷曲線和失效應力定義應變率通過載荷曲線和失效應力定義應變率2e: 應變率敏感應變率敏感: 超塑性成形的超塑性成形的Ramburgh-Osgood模型模型模型模型2a - 2d可用于一般材料和各向同性材料的塑性成形分析可用于一般材料和各向同性材料的塑性成形分析模型模型2a - 2c利用利用Cowper-Symonds 模型，模型的屈服應力與應變率因子有關模型，模型的屈服應力與應變率因子有關:P1C1 材料的定義材料的定義H.應變率相關各向同性塑性材料應變率相關各向同性塑性材料C和和P是是Cowper-Symonds應變率參數(shù)。應變率參

25、數(shù)。Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual塑性隨動塑性隨動 : TB, PLAW, , , , 1雙線性硬化塑性雙線性硬化塑性 (y 和和 ETAN)硬化參數(shù)硬化參數(shù) 在在 0 (kinematic) 和和 1 (isotropic)之間之間失效應變決定刪除失效單元失效應變決定刪除失效單元屈服應力屈服應力:材料的定義材料的定義.應變率相關各向同性塑性材料應變率相關各向同性塑性材料其中其中0 是初始屈服應力是初始屈服應力,peff 是有效塑性應變

26、是有效塑性應變,Ep 是塑性硬化模量，由此公式確定是塑性硬化模量，由此公式確定 :effo1EC1pPPy tantanPEEEEEExplicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual材料的定義材料的定義.應變率相關各向同性塑性材料應變率相關各向同性塑性材料冪率硬化冪率硬化 : TB, PLAW, , , , 4帶有雙線性等向強化的塑性行為帶有雙線性等向強化的塑性行為強度系數(shù)強度系數(shù)k和硬化系數(shù)和硬化系數(shù)n定義的冪率硬化定義的冪率硬化屈服應力屈服應力:npe

27、Pyeff1kC1 其中其中e 是彈性應變。是彈性應變。Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual材料的定義材料的定義.應變率相關各向同性塑性材料應變率相關各向同性塑性材料分段線性分段線性 : TB, PLAW, , , , 8模型在求解時非常有效，通常用于碰撞分析模型在求解時非常有效，通常用于碰撞分析與與ANSYS 隱式中的隱式中的TB, MISO模型類似模型類似用有效真應力與有效真應變載荷曲線定義應力應變行為用有效真應力與有效真應變載荷曲線定義

28、應力應變行為輸入失效應變，以確定需要刪除的單元輸入失效應變，以確定需要刪除的單元屈服面由屈服面由 Cowper-Symonds 模型針對率相關進行縮放模型針對率相關進行縮放Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual材料的定義材料的定義.應變率相關各向同性塑性材料應變率相關各向同性塑性材料率相關率相關 : TB, PLAW, , , , 5這是最普通的應變率相關的塑性模型，因為彈性模量這是最普通的應變率相關的塑性模型，因為彈性模量(E) 、屈服應力、

29、屈服應力(y) 、切、切向模量向模量(ETAN)和失效應力和失效應力(FAIL)均可以應變的函數(shù)形式輸入。均可以應變的函數(shù)形式輸入。給定塑性應變率后的屈服應力如下定義給定塑性應變率后的屈服應力如下定義:effpipioiyE其中其中LCID 1 = defines y as a function of LCID 2 = defines E as a function ofLCID 3 = defines ETAN as function ofLCID 4 = defines effective von Mises stress at failure as a function ofeff ef

30、f eff eff Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual材料的定義材料的定義.應變率相關各向同性塑性材料應變率相關各向同性塑性材料nmyk 應變率敏感應變率敏感 : TB, PLAW, , , , 2是專門用于超塑性成形的特定模型。是專門用于超塑性成形的特定模型。Ramburgh-Osgood本構關系的屈服應力如下本構關系的屈服應力如下 :其中其中k 是材料系數(shù)是材料系數(shù), m 是硬化系數(shù)是硬化系數(shù), n 是應變率參數(shù)是應變率參數(shù), 是應變率

31、。是應變率。 Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual材料的定義材料的定義I.應變率相關各向異性塑性材料應變率相關各向異性塑性材料類別類別 3:應變率相關各向異性塑性材料應變率相關各向異性塑性材料3a: 橫向各向異性橫向各向異性: 應變率相關應變率相關Hills屈服準則屈服準則3b: 3參數(shù)參數(shù)Barlat: 用于鋁板成形等正交各向異性模型用于鋁板成形等正交各向異性模型3c: Barlat各向異性各向異性: 三維連續(xù)體成形各向異性模型三維連續(xù)體成

32、形各向異性模型3d: 橫向各向異性成形極限圖硬化橫向各向異性成形極限圖硬化模型模型3a用于模擬常規(guī)各向異性材料的高應變率成形過程用于模擬常規(guī)各向異性材料的高應變率成形過程模型模型3b和和3c由由ALCOA開發(fā)專用于金屬鋁的加工成形開發(fā)專用于金屬鋁的加工成形模型模型3d專用于鈑金成形專用于鈑金成形Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual材料的定義材料的定義.應變率相關各向異性塑性材料應變率相關各向異性塑性材料橫向各向異性橫向各向異性 : TB, P

33、LAW, , , , 7通常用于各向異性的鈑金成形通常用于各向異性的鈑金成形可以通過定義載荷曲線參數(shù)來表達有效屈服應力和有效塑性應變的關系可以通過定義載荷曲線參數(shù)來表達有效屈服應力和有效塑性應變的關系屈服應力屈服應力:2122211222211112212RRRRyp33p22R 各向異性硬化參數(shù)各向異性硬化參數(shù)R用面內塑性應變率與面外塑性應變率的比值來用面內塑性應變率與面外塑性應變率的比值來定義定義:Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual材料

34、的定義材料的定義.應變率相關各向異性塑性材料應變率相關各向異性塑性材料3參數(shù)參數(shù)Barlat : TB, PLAW, , , , 3開發(fā)用于鋁板在平面應力狀態(tài)下的鈑金成形開發(fā)用于鋁板在平面應力狀態(tài)下的鈑金成形對于線性硬化準則對于線性硬化準則, 輸入輸入 y 和和 ETAN 對于指數(shù)硬化準則對于指數(shù)硬化準則, 輸入輸入 n 和和 m 推薦的推薦的Barlat指數(shù)指數(shù):體心立方晶格體心立方晶格BCC金屬取金屬取m=6，面心立方晶格，面心立方晶格FCC金屬取金屬取 m=8正交各向異性正交各向異性Lankford系數(shù)用于長度與厚度比系數(shù)用于長度與厚度比正交各向異性材料的坐標系通過正交各向異性材料的坐標

35、系通過EDMP命令輸入命令輸入Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual材料的定義材料的定義.應變率相關各向異性塑性材料應變率相關各向異性塑性材料Barlat各向異性各向異性 : TB, PLAW, , , , 6用于三維連續(xù)材料的鈑金成形過程中的材料模型，特別是鋁用于三維連續(xù)材料的鈑金成形過程中的材料模型，特別是鋁大多用于實體材料例如非板材）大多用于實體材料例如非板材）實驗確定實驗確定6個各向異性參數(shù)個各向異性參數(shù): a,b,c,f,g,h推薦的

36、推薦的Barlat指數(shù)指數(shù):體心立方晶格金屬取體心立方晶格金屬取m=6，面心立方晶格金屬取，面心立方晶格金屬取 m=8屈服應力屈服應力: y=k(o+ p)n其中其中 o 和和 p 是初始屈服應變和塑性應變是初始屈服應變和塑性應變Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual材料的定義材料的定義.應變率相關各向異性塑性材料應變率相關各向異性塑性材料橫向各向異性橫向各向異性 FLD : TB, PLAW, , , , 10用于模擬橫向各向異性金屬的鈑金成

37、形用于模擬橫向各向異性金屬的鈑金成形僅用于殼單元僅用于殼單元屈服行為可以通過屈服行為可以通過sy和和ETAN或有效應力和塑性應變曲線來定義或有效應力和塑性應變曲線來定義成形極限圖也可以用載荷曲線輸入，來計算最大應變率成形極限圖也可以用載荷曲線輸入，來計算最大應變率Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training ManualtthEEEEE應力應變行為也可以通過多達應力應變行為也可以通過多達16個數(shù)據點來定義。個數(shù)據點來定義。線性多項式狀態(tài)方程也必須給定線性多項式狀態(tài)

38、方程也必須給定 (EOSOPT)。phoyE材料的定義材料的定義J.壓力相關塑性材料壓力相關塑性材料類別類別4: 壓力相關塑性壓力相關塑性4a: Elastic-Plastic Hydrodynamic: 在大應變下會失效的材料在大應變下會失效的材料4b: Geological Cap Model: 地質蓋帽模型地質蓋帽模型Elastic-Plastic Hydrodynamic : TB, PLAW, , , , 9, EOSOPT如果沒有定義有效真應力和真應變，就假定為等向強化，而且必須指定如果沒有定義有效真應力和真應變，就假定為等向強化，而且必須指定Sy和和ETAN來定義屈服強度來定義屈

39、服強度 :其中塑性硬化模量其中塑性硬化模量 Eh通過通過E 和和 ETAN定義定義Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual材料的定義材料的定義.壓力相關塑性材料壓力相關塑性材料Geological Cap Model : TB, GCAP無粘滯性雙不變量地質蓋帽材料模型無粘滯性雙不變量地質蓋帽材料模型地質力學問題或混凝土類材料地質力學問題或混凝土類材料雙不變量蓋帽理論擴展至包含隨動強化雙不變量蓋帽理論擴展至包含隨動強化采用剪切模量代替彈性模量采用

40、剪切模量代替彈性模量模型的詳細信息請參考模型的詳細信息請參考LS-DYNA理論手冊在與理論手冊在與ANSYS6.0理論手冊的同理論手冊的同一張光碟上）。一張光碟上）。Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual材料的定義材料的定義K.溫度敏感塑性材料溫度敏感塑性材料類別類別5: ANSYS/LS-DYNA中有四種塑性模型來描述溫度效應中有四種塑性模型來描述溫度效應. 大部分模型需要大部分模型需要定義附加狀態(tài)方程定義附加狀態(tài)方程(EOS) :5a: B

41、amman: 使用內部狀態(tài)方程變量的復雜材料模型使用內部狀態(tài)方程變量的復雜材料模型5b: Johnson-Cook: 高應變率和溫度相關問題高應變率和溫度相關問題5c: Zerilli-Armstrong: 高速沖擊和某些金屬成形過程高速沖擊和某些金屬成形過程5d: Steinberg: 極高應變率條件下極高應變率條件下(105)材料成形的模擬材料成形的模擬Bamman : TB, EOS, , , , 4用于金屬成形的復雜應變率相關材料模型用于金屬成形的復雜應變率相關材料模型內部狀態(tài)方程變量通過常數(shù)內部狀態(tài)方程變量通過常數(shù)Ai直接輸入模型，無需定義附加狀態(tài)方程。直接輸入模型，無需定義附加狀態(tài)

42、方程。 Bamman模型需要輸入流動應力參數(shù)模型需要輸入流動應力參數(shù)CiExplicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training ManualA, B, C, m, 和n 是用實驗方法確定的常數(shù)， p是有效塑性應變也需要輸入有效塑性應變率，由下式給出:m_npyT1lnC1BAroommeltroomTTT-TT :is etemperatur homologous the and op材料的定義材料的定義.溫度敏感塑性材料溫度敏感塑性材料Johnson-Cook : TB,

43、 EOS, , , , 1, EOSOPTJohnson-Cook模型主要用于高應變率過程，如伴隨較大溫升的機加工模型的開發(fā)源自彈道學需要輸入 DENS, EX, 和 NUXY屈服應力:Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual溫度計算需要輸入比熱、熔點和室溫通過下式中的失效常數(shù)D1-D5 ，失效應變可以并入到模型中:其中 Johnson-Cook參數(shù)輸入后，要輸入狀態(tài)方程常數(shù)，可以是線性多項式或Gruneisen模型(EOSOPT 后面討論)。T

44、D1lnD1expDD54D21f3材料的定義材料的定義.溫度敏感塑性材料溫度敏感塑性材料.壓力與有效應力之比 effExplicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual材料的定義材料的定義.溫度敏感塑性材料溫度敏感塑性材料Zerilli-Armstrong : TB, EOS, , , , 3, EOSOPTZerilli-Armstrong模型用于金屬成形過程和高速沖擊等這些應力與應變、應模型用于金屬成形過程和高速沖擊等這些應力與應變、應變率及溫度相關的

45、應用領域變率及溫度相關的應用領域 。這種模型必須使用狀態(tài)方程。這種模型必須使用狀態(tài)方程。Zerilli-Armstrong模型需輸入流動應力模型需輸入流動應力 (Ci), 溫度溫度 (Bi) 和熱容和熱容(Gi)系數(shù)。系數(shù)。)293()()(:)293()()(:65)ln(215)ln(5 .214343TCCeCCTCeCCnpTeCCyTeCCpy體心立方晶格金屬面心立方晶格金屬Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual材料的定義材料的定義.

46、溫度敏感塑性材料溫度敏感塑性材料Steinberg : TB, EOS, , , , 5, EOSOPT帶失效的高應變率帶失效的高應變率(105)的固體變形的固體變形非常適合于加工過程和高速沖擊分析非常適合于加工過程和高速沖擊分析屈服強度是溫度和壓力的函數(shù)屈服強度是溫度和壓力的函數(shù)狀態(tài)方程狀態(tài)方程(EOS)決定壓力決定壓力Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual材料的定義材料的定義L. 狀態(tài)方程狀態(tài)方程 (EOS)ANSYS/LS-DYNA中有三

47、種不同類型的中有三種不同類型的 EOS :線性多項式線性多項式 : EOS 是內能的線性方程是內能的線性方程Gruneisen : EOS 通過兩種方式定義壓力體積關系通過兩種方式定義壓力體積關系列表格式（列表格式（ Tabulated ）: 簡化的簡化的EOS ，也是內能的線性方程，也是內能的線性方程線性多項式線性多項式 : EOSOPT = 1EOS 是內能的線性方程是內能的線性方程壓力由壓力由和線性系數(shù)和線性系數(shù)Ci決定決定:P = C0 + C1 + C22 + C33 + (C4 + C5 +C62) E其中其中 = /0 1 ， 和和 0 是當前和初始密度是當前和初始密度Expli

48、cit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training ManualEaSSSaCpooo2332212211112211材料的定義材料的定義.狀態(tài)方程狀態(tài)方程 (EOS)Gruneisen : EOSOPT = 2壓力體積關系與材料是壓縮還是膨脹有關。帶有立方沖擊速度壓力體積關系與材料是壓縮還是膨脹有關。帶有立方沖擊速度-質點速度質點速度的的Gruneisen狀態(tài)方程通過狀態(tài)方程通過和和Gruneisen系數(shù)系數(shù)C, a, S1, S2, S3及及0定義壓力，對壓縮材料：定義壓力，

49、對壓縮材料：列表格式列表格式Tabulated） : EOSOPT = 3EOS是內能的線性方程是內能的線性方程. 壓力為壓力為:P = Ci (vi) + Ti (vi) E其中其中 Ci 和和 Ti 分別是體積壓力和溫度分別是體積壓力和溫度, vi 是體積應變是體積應變Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual材料的定義材料的定義M. 空材料空材料空材料空材料 : TB, EOS, , , , 2, EOSOPT空材料允許在不計算偏應力的條件下

50、考慮狀態(tài)方程空材料允許在不計算偏應力的條件下考慮狀態(tài)方程空材料大多用于鳥撞分析空材料大多用于鳥撞分析需要輸入密度需要輸入密度DENS和截止壓力。對空的梁和殼需要輸入和截止壓力。對空的梁和殼需要輸入EX 和和 NUXY也可定義拉壓下的粘性和侵蝕可選）也可定義拉壓下的粘性和侵蝕可選）EOSOPT 需設定為需設定為1、2或或3來指定參考的狀態(tài)方程來指定參考的狀態(tài)方程Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual材料的定義材料的定義N. 損傷模型損傷模型ANS

51、YS/LS-DYNA有兩種損傷模型有兩種損傷模型:混凝土損傷混凝土損傷: 沖擊載荷下的鋼筋混凝土沖擊載荷下的鋼筋混凝土復合材料損傷復合材料損傷: 用于吸能的復合材料失效分析用于吸能的復合材料失效分析混凝土損傷混凝土損傷: TB, CONCR, , , , 2僅用于僅用于SOLID164單元單元, 需要輸入泊松比、密度、混凝土和加強鋼筋常數(shù)需要輸入泊松比、密度、混凝土和加強鋼筋常數(shù)必須使用列表格式狀態(tài)方程必須使用列表格式狀態(tài)方程復合材料損傷復合材料損傷: TB, COMP必須輸入每個方向上的彈性模量、剪切模量和泊松比無默認值）必須輸入每個方向上的彈性模量、剪切模量和泊松比無默認值）可以輸入剪切、

52、縱向拉伸、橫向拉伸、橫向壓縮強度來定義失效可以輸入剪切、縱向拉伸、橫向拉伸、橫向壓縮強度來定義失效壓縮失效需要定義材料的體積模量壓縮失效需要定義材料的體積模量Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual材料的定義材料的定義O. 泡沫材料泡沫材料ANSYS/LS-DYNA有有5種不同的泡沫材料模型種不同的泡沫材料模型:閉室泡沫閉室泡沫: 低密度泡沫材料低密度泡沫材料 (例如聚氨酯泡沫例如聚氨酯泡沫)低密度泡沫低密度泡沫: 高度可壓縮性材料高度可壓縮性材

53、料 (例如座墊例如座墊)粘性泡沫粘性泡沫: 用在碰撞跌落模擬中的能量吸收泡沫用在碰撞跌落模擬中的能量吸收泡沫可壓碎泡沫可壓碎泡沫: 永久性壓碎材料永久性壓碎材料 (例如聚苯乙烯例如聚苯乙烯)蜂窩材料蜂窩材料: 正交各向異性壓碎泡沫正交各向異性壓碎泡沫特定模型的選擇取決于所分析材料的類型特定模型的選擇取決于所分析材料的類型ANSYS/LS-DYNA所有泡沫材料模型主要用于汽車碰撞分析所有泡沫材料模型主要用于汽車碰撞分析Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training M

54、anual材料的定義材料的定義. 泡沫材料泡沫材料閉室泡沫閉室泡沫: TB, FOAM, , , , 1開發(fā)用于低密度聚氨酯開發(fā)用于低密度聚氨酯 (常用于船用集裝箱及汽車設計中的沖擊限制物建模常用于船用集裝箱及汽車設計中的沖擊限制物建模)要輸入要輸入DENS, EX, 初始泡沫壓力初始泡沫壓力Po, 泡沫聚合密度比率泡沫聚合密度比率包括封閉氣壓效應包括封閉氣壓效應NUXY 被近似地設為零被近似地設為零屈服條件屈服條件: y = a + b(1+c )其中其中 a, b和和c 為實驗確定的參數(shù)為實驗確定的參數(shù), = V/ Vo + o - 1其中其中 V 是當前體積是當前體積, Vo 是初始體積

55、是初始體積, o 是初始體積應變是初始體積應變Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual材料的定義材料的定義. 泡沫材料泡沫材料低密度泡沫 : TB, FOAM, , , , 2主要用于模擬汽車座墊需要輸入密度DENS和彈性模量EX 采用載荷曲線標識號(LCID)輸入應力應變行為對于壓縮，模型用可能的能量耗散來假設材料的滯后行為對于拉伸，直到拉伸截止應力以前模型均表現(xiàn)為線性行為NUXY 近似的設為零使用滯后卸載時，如果衰減常數(shù) = 0 ，重新加載將

56、會沿卸載曲線進行假如非零, 初始載荷由1- e-t決定，可用粘性系數(shù)(0.05-0.5)模擬阻尼效應體積粘度如果標記為1，則被激活滯后卸載使用形狀卸載因數(shù)，數(shù)值上小于1能量耗散輸入的滯后卸載(HU)因數(shù)在0到1之間，如果HU=1 ，就沒有能量耗散Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual材料的定義材料的定義. 泡沫材料泡沫材料粘性泡沫 : TB, FOAM, , , , 3在碰撞模擬中吸能泡沫常用于模擬吸能材料例如假人）僅用于壓縮載荷下的實體模型由

57、平行的非線性彈簧和粘性阻尼構成需要有DENS, EX (初始楊氏模量E1) 和 NUXY彈性剛度E 定義為: E = E1 V-n1其中 n1 是彈性剛度冪率粘性系數(shù)V 定義為: V = V2 |1-V|n2其中 V2 = 初始粘度系數(shù) n2 = 粘度系數(shù)冪率Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual材料的定義材料的定義. 泡沫材料泡沫材料可壓碎泡沫可壓碎泡沫 : TB, FOAM, , , , 4用于可永久壓碎的材料如聚苯乙烯固體）用于可永久壓碎

58、的材料如聚苯乙烯固體）可選擇粘性阻尼和截止張力撕裂）可選擇粘性阻尼和截止張力撕裂）卸載認為是完全彈性過程卸載認為是完全彈性過程拉伸按照完全彈塑性處理拉伸按照完全彈塑性處理需需DENS, EX, NUXY需輸入定義屈服應力與體積應變需輸入定義屈服應力與體積應變的載荷曲線的載荷曲線 體積應變體積應變 為為: = 1 V其中其中 V 為當前體積和初始體積之比為當前體積和初始體積之比Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual材料的定義材料的定義. 泡沫材料

59、泡沫材料蜂窩材料蜂窩材料 : TB, FOAM, , , , 5正交各向異性可壓碎泡沫為側面沖擊緩沖器前端材料和航空結構而開發(fā)正交各向異性可壓碎泡沫為側面沖擊緩沖器前端材料和航空結構而開發(fā)可以分別定義法向應力和剪切應力的非線性行為可以分別定義法向應力和剪切應力的非線性行為需要需要DENS, EX, NUXY和粘性系數(shù)和粘性系數(shù)需輸入完全壓實的蜂窩的屈服應力和體積需輸入完全壓實的蜂窩的屈服應力和體積需輸入彈性模量和每個正交方向上的應力與相對體積或體積應變載荷曲線需輸入彈性模量和每個正交方向上的應力與相對體積或體積應變載荷曲線Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA

60、 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual材料的定義材料的定義P. 離散單元性質離散單元性質COMBI165 離散單元要求有彈簧或阻尼性質離散單元要求有彈簧或阻尼性質彈簧需要有剛度系數(shù)或者力與變形曲線彈簧需要有剛度系數(shù)或者力與變形曲線阻尼需要有阻尼系數(shù)或者力與變形速率曲線阻尼需要有阻尼系數(shù)或者力與變形速率曲線轉動性質可以用來代替平動性質轉動性質可以用來代替平動性質離散彈簧性質的六個選項離散彈簧性質的六個選項:線彈性彈簧線彈性彈簧 (TB, DISCRETE, , , , 0)通用非線性通用非線性 (TB, DISCRE