第7章patran材料(Material)

1、第七章第七章 材料（材料（Material）1.概述概述 定義材料定義材料: 就是指定一個(gè)材料名，然后將特性賦給這個(gè)名稱就是指定一個(gè)材料名，然后將特性賦給這個(gè)名稱 特性包括：各向同性，各向異性，正交各向異性特性包括：各向同性，各向異性，正交各向異性, 復(fù)合材及本構(gòu)關(guān)系等復(fù)合材及本構(gòu)關(guān)系等 如如: 取一名為取一名為steel的材料，設(shè)成各向同性，楊氏模量的材料，設(shè)成各向同性，楊氏模量2.1105N/mm2，屈服極限，屈服極限600MPa， 松松比松松比0.3，硬化指數(shù)，硬化指數(shù)0等等 不同分析程序有不同本構(gòu)定義，材料特性定義也因分析程序而異不同分析程序有不同本構(gòu)定義，材料特性定義也因分析程序而異

2、 這里以這里以MSC/NASTRAN為例為例 一種材料可有多種本構(gòu)，如一種材料可有多種本構(gòu)，如Steel有彈性本構(gòu)，塑性本構(gòu)和蠕變本構(gòu)等有彈性本構(gòu)，塑性本構(gòu)和蠕變本構(gòu)等 對(duì)復(fù)雜材料曲線，如應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系，對(duì)復(fù)雜材料曲線，如應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系，E隨溫度變化等，用隨溫度變化等，用Field來定義變化來定義變化 可進(jìn)入可進(jìn)入msc/mvision材料庫，找到材料調(diào)入材料庫，找到材料調(diào)入patran 2. Patran支持的材料模型支持的材料模型 Isotropic各向同性各向同性(2個(gè)材料參數(shù)：個(gè)材料參數(shù)：E、 )2D Orthotropic2D正交各向異性正交各向異性(6個(gè)材料參數(shù)：個(gè)材料參數(shù)：E11

3、、E22 、 12 、G12、G13、G23 )3D Orthotropic3D 正交各向異性正交各向異性(9個(gè)材料參數(shù)：個(gè)材料參數(shù)：3個(gè)個(gè)E、3個(gè)個(gè) 、3個(gè)個(gè)G)2D Anisotropic2D 各向異性各向異性 (9個(gè)材料參數(shù)個(gè)材料參數(shù))3D Anisotropic3D 各向異性各向異性 (21個(gè)材料參數(shù)個(gè)材料參數(shù))CompositePATRAN支持多種復(fù)合材料模型，其中包括支持多種復(fù)合材料模型，其中包括laminate composite ; Rule of Mixture ; 5種種Halpin-Tsai 模型和模型和1D、2D Short Fiber模型模型彈性結(jié)構(gòu)材料模型 line

4、ar Elastic線彈性線彈性nonlinear Elastic非線性彈性非線性彈性Elastoplaslic彈塑性彈塑性Failure失效失效Creep蠕變?nèi)渥働atran支持的支持的Msc/Nastran本構(gòu)本構(gòu) 3.創(chuàng)建材料例子創(chuàng)建材料例子例例1：創(chuàng)建一種各向同性材料，名為：創(chuàng)建一種各向同性材料，名為“Steel-Outer-Shell”，材料參數(shù)為：，材料參數(shù)為：E30106 psi， =0.3， y=70000 psi， H=7000 psi (1) 點(diǎn)material(2) 在Material Name 下輸入材料名：”Steel-Outer-Shell”(3)點(diǎn)Input Pr

5、operties (4) 輸彈性數(shù)據(jù)E和 (5)將本構(gòu)模型（Constitutive Model）改Elastoplastic， 選Hardening Slope，屈服函數(shù)和硬化準(zhǔn)則用缺省值 (6) 輸入非線性數(shù)據(jù)y和H(7) 按Apply, 材料建立完畢示例例例2：創(chuàng)建九層復(fù)合材料模型，其參數(shù)如下：創(chuàng)建九層復(fù)合材料模型，其參數(shù)如下： 基層材料（基層材料（2D正交各向異性）參數(shù)為：正交各向異性）參數(shù)為： E11=40 106 E22=1 106 12=0.25 G12=0.5106 G23=0.5106 G13=0.6108 層厚為：層厚為：0.01 / 0.0125 / 0.01 / 0.0

6、125 / 0.01 / 0.0125 / 0.01 / 0.0125 / 0.01 輔層方向?yàn)椋狠o層方向?yàn)椋? / 90 / 0 / 90 / 0 / 90 / 0 / 90 / 0 （1）進(jìn)Materials，后Create / 2D Orthotropic，建2D正交各向異性基層材料，名稱取為“l(fā)am-prop”；（2）點(diǎn)Input Property，輸入2D正交各向異性基層材料數(shù)據(jù)，完成材料“l(fā)am-prop”創(chuàng)建；（3）Create / Composite / Laminate，用基層材料“l(fā)am-prop”來建名為“l(fā)am_prop”的復(fù)合材料（4）逐層輸入每層的材料名稱，厚度及輔

7、層方向。（5）Apply，完成復(fù)合材料的創(chuàng)建。示例例例3：溫度相關(guān)材料創(chuàng)建，名：溫度相關(guān)材料創(chuàng)建，名thermal-elastic-aluminum；彈性模量，泊松比和熱膨脹；彈性模量，泊松比和熱膨脹系數(shù)（系數(shù)（ ）隨溫度的變化）隨溫度的變化 （1）點(diǎn)Field，然后Create / Material Property / Tabular Input，創(chuàng)建二個(gè)Field，名稱分別為Alpha和Elastic_Modules，描述E和隨溫度的變化（2）輸入相應(yīng)數(shù)據(jù)E隨T的關(guān)系曲線；對(duì)與T的關(guān)系曲線同樣（3）點(diǎn)Materials，輸材料名thermal-elastic-aluminum；（4）點(diǎn)I

8、nput Property, 輸入材料數(shù)據(jù)，其Alpha 和ELastic_Modules從下面Temperature Dependent Field內(nèi)直接點(diǎn)?。?）Apply T（溫度） E（楊氏模量） （泊松比） （熱膨脹系數(shù)） 0 10106 0.3 6.0106 200 9.5106 0.3 5.0106 400 9.0106 0.3. 4.0106 4. Activating / Deactivating 材料模型材料模型 當(dāng)一種材料有多個(gè)本構(gòu)關(guān)系時(shí)，通過當(dāng)一種材料有多個(gè)本構(gòu)關(guān)系時(shí)，通過“激活激活”或或“失效失效”方式選有效的本構(gòu)關(guān)方式選有效的本構(gòu)關(guān)系系 PATRAN中，該功能通過中

9、，該功能通過“Change Material Status”來實(shí)現(xiàn)來實(shí)現(xiàn) 材料所有本構(gòu)關(guān)系都列在材料所有本構(gòu)關(guān)系都列在Active 或或Inactive二框中二框中不同分析所需材料數(shù)據(jù)，及以毫米，秒，兆帕，牛頓為單位的量綱范圍不同分析所需材料數(shù)據(jù)，及以毫米，秒，兆帕，牛頓為單位的量綱范圍 分析類型分析類型材料參數(shù)材料參數(shù)參考值參考值一般線性分析E 、E2.1105 =0.3含重力，離心力的線性分析E、E、同上；=7.8106線性熱應(yīng)力分析E、T(ref)E、同上；1.2105 ；T=20自由模態(tài)或屈曲分析E、同上直接法的線性動(dòng)力響應(yīng)分析E、 一般取0.04,但不是必須的E彈性模量泊松比密度 阻

10、尼系數(shù) 熱膨脹系數(shù) T溫度 5 . 單位單位Patran 和和 Nastran 中，單位制由用戶自己確定中，單位制由用戶自己確定只要使用一套自封閉單位制即可只要使用一套自封閉單位制即可 如:全使用國際單位制，即米、牛頓、帕、干克/米3、干克、米/秒等。當(dāng)存在慣性力，或進(jìn)行動(dòng)力或模態(tài)分析，由當(dāng)存在慣性力，或進(jìn)行動(dòng)力或模態(tài)分析，由mr 2，f=ma等關(guān)系存在，等關(guān)系存在，對(duì)自封閉一定要小心對(duì)自封閉一定要小心 如一定要用非封閉單位，例長度如一定要用非封閉單位，例長度mm，其他均用國際單位制，可用，其他均用國際單位制，可用msc/nastran參數(shù)參數(shù)wtmass調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)6 .創(chuàng)建自己常用材料庫創(chuàng)建自己常用材料庫1）File / New ，用，用mscnastran_template為模板，建一個(gè)新數(shù)據(jù)庫，名為為模板，建一個(gè)新數(shù)據(jù)庫，名為“Mymaterial_template” ；2）不作任何操作，直接進(jìn)入）不作任何操作，直接進(jìn)入Materials界面，然后將你的所有材料逐一全部創(chuàng)建界面，然后將你的所有材料逐一全部創(chuàng)建3）退出）退出PATRAN，新產(chǎn)生，新產(chǎn)生“Mymaterial_templat