ANSYS-LS-DYNA-顯式動力學(xué)-培訓(xùn)手冊-第三天

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 ManualMarch 7, 2002Inventory #0016303-2材料的定義材料的定義本章目標(biāo)本章目標(biāo)本章內(nèi)容覆蓋了本章內(nèi)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(biāo)題標(biāo)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(jù)輸入材料數(shù)據(jù)線彈性材料線彈性材料非線性彈性材料非線性彈

2、性材料塑性材料塑性材料應(yīng)變率無關(guān)各向同性塑性材料應(yīng)變率無關(guān)各向同性塑性材料應(yīng)變率相關(guān)各向同性塑性材料應(yīng)變率相關(guān)各向同性塑性材料應(yīng)變率相關(guān)各向異性塑性材料應(yīng)變率相關(guān)各向異性塑性材料壓力相關(guān)塑性材料壓力相關(guān)塑性材料溫度敏感塑性材料溫度敏感塑性材料A. 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 ManualMarch 7, 2002Inventory #0016303-3材料的定義材料的定義 本章目標(biāo)本章目標(biāo)標(biāo)題標(biāo)題 (續(xù)續(xù)):空材料空材料

3、損傷模型損傷模型泡沫材料泡沫材料離散單元性質(zhì)離散單元性質(zhì)索單元性質(zhì)索單元性質(zhì)剛性材料剛性材料一般材料定義指導(dǎo)一般材料定義指導(dǎo)材料定義練習(xí)材料定義練習(xí)Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training ManualMarch 7, 2002Inventory #0016303-4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，因此，它幾乎能模擬隱式更大的材料庫，因此，它幾乎能模擬任何實際問題。任何實際

4、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(yīng)變失效的應(yīng)變率相關(guān)塑性材料模型考慮應(yīng)變失效的應(yīng)變率相關(guān)塑性材料模型溫度相關(guān)和溫度敏感塑性材料模型溫度相關(guān)和溫度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.

5、0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training ManualMarch 7, 2002Inventory #0016303-5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目錄樹圖結(jié)構(gòu)與隱式目錄樹圖結(jié)構(gòu)與隱式ANSYS一致一致.IIIIIIIVVExplicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training ManualMarch 7, 2002Inventory #001630

6、3-6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 ManualMarch 7, 2002Inventory #0016303-7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

7、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 ManualMarch 7, 2002Inventory #0016303-8材料的定義材料的定義C. 輸入材料數(shù)據(jù)輸入材料數(shù)據(jù)ANSYS/LS-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 (NUX

8、Y 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(guān)性，例如屈服應(yīng)力隨塑性應(yīng)變的變化。定義材料的兩個變量的相關(guān)性，例如屈服應(yīng)力隨塑性應(yīng)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(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)是指通常，應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)是指真應(yīng)力真應(yīng)力與與真應(yīng)變格式真應(yīng)變格式Explicit Dynamics with ANSYS

9、/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training ManualMarch 7, 2002Inventory #0016303-9材料的定義材料的定義. 輸入材料數(shù)據(jù)輸入材料數(shù)據(jù)通過通過EDCURVE, LIST或或EDCURVE, PLOT命令檢查應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)命令檢查應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)EDCURVE, LISTCurve starts at Yield PointExplicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Trai

10、ning ManualMarch 7, 2002Inventory #0016303-10材料的定義材料的定義D. 線彈性材料線彈性材料線彈性線彈性材料中包括四種不同的材料模型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(zhì)充滿流體的容器在沖擊載荷下的彈性性質(zhì)各向同性各向同性 : 材料性質(zhì)各個方向都相同材料性質(zhì)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(zhì)不同個相互正交對稱平面上的性質(zhì)不同各向異性各向異性 : 材料中一點的性質(zhì)與該點在材料中的位置無關(guān)材料中一點的性質(zhì)與該點在材料中的位置無關(guān)線彈性材料沒有塑性變形而完全由線彈性材料沒有塑性

11、變形而完全由虎克定律虎克定律來定義來定義: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的值用下式自動計算的值用下式自動計算:)21 (3EKjijIc Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training ManualMarch 7, 2002Inventory #0016303-11

12、材料的定義材料的定義. 線彈性材料線彈性材料各向同性各向同性 :大多數(shù)工程材料（例如鋼鐵）都是各向同性的大多數(shù)工程材料（例如鋼鐵）都是各向同性的通過通過DENS、EX和和NUXY定義即可定義即可正交各向異性正交各向異性 : EDMP, ORTHO正交各向異性材料通過正交各向異性材料通過9個獨立的常數(shù)和個獨立的常數(shù)和DENS定義定義橫向各向同性材料（正交各向異性的一種特例）通過橫向各向同性材料（正交各向異性的一種特例）通過5個獨立的常數(shù)個獨立的常數(shù)(EXX, EZZ, NUXY, NUXZ, GXY)和和 DENS定義定義正交各向異性材料的定義與正交各向異性材料的定義與EDLCS命令所定義的坐標(biāo)

13、系編號有關(guān)命令所定義的坐標(biāo)系編號有關(guān): Preprocessor: Material Props Local CS Create Local CS各向異性各向異性 : EDMP, ORTHO 和和 TB, ANEL各向異性材料通過各向異性材料通過21個相互獨立的參數(shù)和個相互獨立的參數(shù)和DENS定義定義使用局部坐標(biāo)系使用局部坐標(biāo)系 (EDLCS) 和數(shù)據(jù)表和數(shù)據(jù)表 (TB,ANEL)Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training ManualMarch 7, 2002

14、Inventory #0016303-12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非線性彈性材料包括三種材料模型材料包括三種材料模型:Blatz-Ko模型模型: 可壓縮泡沫材料（例如聚氨酯橡膠）可壓縮泡沫材料（例如聚氨酯橡膠）Mooney-Rivlin模型模型 : 不可壓橡膠材料不可壓橡膠材料粘彈性材料粘彈性材料 : 玻璃和類玻璃材料玻璃和類玻璃材料非線性彈性材料能夠經(jīng)受大的可恢復(fù)彈性變形。所有的非線性彈性材料能夠經(jīng)受大的可恢復(fù)彈性變形。所有的超彈超彈材料材料(Blatz-Ko 和和 Mooney-Rivlin)應(yīng)變是可逆的，但是應(yīng)變是可逆的，但是粘彈性粘彈性材料粘性部

15、分的應(yīng)變是不可逆材料粘性部分的應(yīng)變是不可逆的，彈性應(yīng)變部分是可逆的。的，彈性應(yīng)變部分是可逆的。Blatz-Ko 超彈模型超彈模型 :Blatz-Ko 材料模型只用于壓縮下的橡膠材料材料模型只用于壓縮下的橡膠材料ANSYS/LS-DYNA自動設(shè)定泊松比自動設(shè)定泊松比 (NUXY)為為 0.463，因此因此僅僅需要輸入需要輸入DENS和和GXY材料響應(yīng)通過應(yīng)變能密度函數(shù)材料響應(yīng)通過應(yīng)變能密度函數(shù)W定義定義,是應(yīng)變不變量和32 522332IIIGxyWExplicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DY

16、NA 6.0Training ManualMarch 7, 2002Inventory #0016303-13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用于定義不可壓縮橡膠的材料響應(yīng)用于定義不可壓縮橡膠的材料響應(yīng)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(zhì)為保證不可壓縮性質(zhì), NUXY 必須在必須在 0.49和和0.50間間取值取值Mooney-Rivlin系數(shù)可以直接輸入系數(shù)可以直接輸

17、入(TBOPT=0)或者通過或者通過LS-DYNA對測試數(shù)據(jù)的計對測試數(shù)據(jù)的計算得到算得到 (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(jù)的計算數(shù)據(jù) TBDATA, 1, 0.0, 0.0 ! C10 和和 C01 設(shè)為零設(shè)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(jù)長度變化與力載荷曲線數(shù)據(jù) 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(yīng)力工程應(yīng)力vs

18、. 應(yīng)變應(yīng)變 材料響應(yīng)通過應(yīng)變能密度函數(shù)材料響應(yīng)通過應(yīng)變能密度函數(shù)W定義：定義： 1 , 2 和和 3 是應(yīng)變不變量，是應(yīng)變不變量，K 是體積模量。是體積模量。2320111015 .3C3CWExplicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training ManualMarch 7, 2002Inventory #0016303-14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這類材料具有這類材料具有彈性彈性（變形可恢復(fù)）部分和

19、（變形可恢復(fù)）部分和粘性粘性（變形不可恢復(fù)）部分（變形不可恢復(fù)）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(guān)系由下式表達剪切關(guān)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 6.0T

20、raining ManualMarch 7, 2002Inventory #0016303-15材料的定義材料的定義F. 塑性材料塑性材料塑性材料塑性材料模型包含模型包含ANSYS/LS-DYNA中大多數(shù)非線性中大多數(shù)非線性非彈性非彈性材料。要根據(jù)所材料。要根據(jù)所分析材料的類型、應(yīng)用領(lǐng)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(yīng)用領(lǐng)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:類別類別 1：應(yīng)變率和塑性無關(guān)的各向同性材料應(yīng)變率和塑性無關(guān)的各向同性材料類別類別 2: 應(yīng)變率和塑性相關(guān)的各向同性材料應(yīng)變率和塑性相關(guān)的各向同性材料類別類別

21、3: 應(yīng)變率和塑性無關(guān)的各向異性材料應(yīng)變率和塑性無關(guān)的各向異性材料類別類別 4: 壓力相關(guān)塑性壓力相關(guān)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為分析材料選擇正確的類別非常重要非常重要， 在某類別內(nèi)選擇特定的模型相比就不在某類別內(nèi)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(jù)的可獲取性。那么重要了，這通常取決于材料數(shù)據(jù)的可獲取性。Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training ManualMarch 7, 2002Inventory

22、 #0016303-16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(guān)鍵在于材料常數(shù)的質(zhì)量。為了得到最好大多數(shù)非線性有限元分析精確性的關(guān)鍵在于材料常數(shù)的質(zhì)量。為了得到最好的結(jié)果，應(yīng)該從材料供應(yīng)者那里得到材料常數(shù)或者去做材料特性分析。的結(jié)果，應(yīng)該從材料供應(yīng)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(xì)的討論。的塑性模型后進行詳細(xì)的討論。Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explici

23、t Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training ManualMarch 7, 2002Inventory #0016303-17材料的定義材料的定義G. 應(yīng)變率無關(guān)各向同性塑性材料應(yīng)變率無關(guān)各向同性塑性材料類別類別1: 應(yīng)變率和塑性無關(guān)的應(yīng)變率和塑性無關(guān)的 各向同性材料各向同性材料1a: 經(jīng)典的經(jīng)典的雙線性隨動硬化雙線性隨動硬化 (BKIN)1b: 經(jīng)典的經(jīng)典的雙線性等向硬化雙線性等向硬化 (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（例如金屬板沖壓），這些模型通常用于整個成

24、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(yīng)力來表達材料的應(yīng)力應(yīng)變行為。應(yīng)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(yīng)力和切向模量命令定義屈服應(yīng)力和切向模量Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with AN

25、SYS/LS-DYNA 6.0Training ManualMarch 7, 2002Inventory #0016303-18材料的定義材料的定義.應(yīng)變率無關(guān)各向同性塑性材料應(yīng)變率無關(guān)各向同性塑性材料BKIN和和BISO模型的差別僅在于硬化假設(shè)不同。模型的差別僅在于硬化假設(shè)不同。 隨動硬化隨動硬化假設(shè)二次屈服發(fā)生在假設(shè)二次屈服發(fā)生在2 y 等向硬化等向硬化假設(shè)二次屈服發(fā)生在假設(shè)二次屈服發(fā)生在2 maxBISO模型允許有模型允許有溫度相關(guān)溫度相關(guān):預(yù)加熱載荷分析和熱瞬態(tài)分析預(yù)加熱載荷分析和熱瞬態(tài)分析 (見見第第2-1章章)指定六個溫度條件下的材料數(shù)據(jù)指定六個溫度條件下的材料數(shù)據(jù)使用使用MPTE

26、MP, MPDATA, TBTEMP和和TBDATA設(shè)定高屈服應(yīng)力模擬熱彈性材料設(shè)定高屈服應(yīng)力模擬熱彈性材料Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training ManualMarch 7, 2002Inventory #0016303-19類別類別2:應(yīng)變率和塑性相關(guān)的應(yīng)變率和塑性相關(guān)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(yīng)變的帶有失效應(yīng)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C

27、owper-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(yīng)變的帶有多線性曲線和失效應(yīng)變的Cowper-Symonds模型模型2d: 率相關(guān)率相關(guān): 通過載荷曲線和失效應(yīng)力定義應(yīng)變率通過載荷曲線和失效應(yīng)力定義應(yīng)變率2e: 應(yīng)變率敏感應(yīng)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(yīng)力與應(yīng)變率因子有關(guān)模型，模型的屈服應(yīng)力與應(yīng)變率因子有關(guān):P1C1 材料的定義材料的定

28、義H.應(yīng)變率相關(guān)各向同性塑性材料應(yīng)變率相關(guān)各向同性塑性材料C和和P是是Cowper-Symonds應(yīng)變率參數(shù)。應(yīng)變率參數(shù)。Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training ManualMarch 7, 2002Inventory #0016303-20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(yīng)變決定刪除失

29、效單元失效應(yīng)變決定刪除失效單元屈服應(yīng)力屈服應(yīng)力:材料的定義材料的定義.應(yīng)變率相關(guān)各向同性塑性材料應(yīng)變率相關(guān)各向同性塑性材料其中其中 0 是初始屈服應(yīng)力是初始屈服應(yīng)力, peff 是有效塑性應(yīng)變是有效塑性應(yīng)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 ManualMarch 7, 2002Inventory #0016303-21材料的定義材料的定

30、義.應(yīng)變率相關(guān)各向同性塑性材料應(yīng)變率相關(guān)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(yīng)力屈服應(yīng)力:npePyeff1kC1 其中其中 e 是彈性應(yīng)變。是彈性應(yīng)變。Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training ManualMarch 7, 2002Inventory #0016303-22材料的定義材料的定義.應(yīng)

31、變率相關(guān)各向同性塑性材料應(yīng)變率相關(guān)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(yīng)力與有效真應(yīng)變載荷曲線定義應(yīng)力應(yīng)變行為用有效真應(yīng)力與有效真應(yīng)變載荷曲線定義應(yīng)力應(yīng)變行為輸入失效應(yīng)變，以確定需要刪除的單元輸入失效應(yīng)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(guān)進行縮放模型針對率相關(guān)進行縮放Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit

32、Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training ManualMarch 7, 2002Inventory #0016303-23材料的定義材料的定義.應(yīng)變率相關(guān)各向同性塑性材料應(yīng)變率相關(guān)各向同性塑性材料率相關(guān)率相關(guān) : TB, PLAW, , , , 5這是最普通的應(yīng)變率相關(guān)的塑性模型，因為彈性模量這是最普通的應(yīng)變率相關(guān)的塑性模型，因為彈性模量(E) 、屈服應(yīng)力、屈服應(yīng)力( y) 、切向模量切向模量(ETAN)和失效應(yīng)力和失效應(yīng)力( FAIL)均可以應(yīng)變的函數(shù)形式輸入。均可以應(yīng)變的函數(shù)形式輸入。給定塑性應(yīng)變率后的屈服應(yīng)力如下定義給定塑性應(yīng)變率后的屈服應(yīng)力如下定義

33、: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 eff eff eff Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training M

34、anualMarch 7, 2002Inventory #0016303-24材料的定義材料的定義.應(yīng)變率相關(guān)各向同性塑性材料應(yīng)變率相關(guān)各向同性塑性材料nmyk 應(yīng)變率敏感應(yīng)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(gòu)關(guān)系的屈服應(yīng)力如下本構(gòu)關(guān)系的屈服應(yīng)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(yīng)變率參數(shù)是應(yīng)變率參數(shù), 是應(yīng)變率。是應(yīng)變率。 Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics w

35、ith ANSYS/LS-DYNA 6.0Training ManualMarch 7, 2002Inventory #0016303-25材料的定義材料的定義I.應(yīng)變率相關(guān)各向異性塑性材料應(yīng)變率相關(guān)各向異性塑性材料類別類別 3:應(yīng)變率相關(guān)各向異性塑性材料應(yīng)變率相關(guān)各向異性塑性材料3a: 橫向各向異性橫向各向異性: 應(yīng)變率相關(guān)應(yīng)變率相關(guān)Hills屈服準(zhǔn)則屈服準(zhǔn)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

36、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(yīng)變率成形過程用于模擬常規(guī)各向異性材料的高應(yīng)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 ManualMarch 7, 2002Inventory #0016303-26材料的定義材料的定義.應(yīng)變率相關(guān)各向異性塑性材料應(yīng)變率相關(guān)各向異性塑性材料橫向各向異性橫向各向異性 : TB,

37、 PLAW, , , , 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(yīng)力和有效塑性應(yīng)變的關(guān)系可以通過定義載荷曲線參數(shù)來表達有效屈服應(yīng)力和有效塑性應(yīng)變的關(guān)系屈服應(yīng)力屈服應(yīng)力:2122211222211112212RRRRyp33p22R 各向異性硬化參數(shù)各向異性硬化參數(shù)R用面內(nèi)塑性應(yīng)變率與面外塑性應(yīng)變率的比值來用面內(nèi)塑性應(yīng)變率與面外塑性應(yīng)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

38、March 7, 2002Inventory #0016303-27材料的定義材料的定義.應(yīng)變率相關(guān)各向異性塑性材料應(yīng)變率相關(guān)各向異性塑性材料3參數(shù)參數(shù)Barlat : TB, PLAW, , , , 3開發(fā)用于開發(fā)用于鋁板鋁板在平面應(yīng)力狀態(tài)下的鈑金成形在平面應(yīng)力狀態(tài)下的鈑金成形對于線性硬化準(zhǔn)則對于線性硬化準(zhǔn)則, 輸入輸入 y 和和 ETAN 對于指數(shù)硬化準(zhǔn)則對于指數(shù)硬化準(zhǔn)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

39、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(biāo)系通過正交各向異性材料的坐標(biāo)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 ManualMarch 7, 2002Inventory #0016303-28材料的定義材料的定義.應(yīng)變率相關(guān)各向異性塑性材料應(yīng)變率相關(guān)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

40、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推薦的推薦的Barlat指數(shù)指數(shù):體心立方晶格體心立方晶格金屬取金屬取m=6，面心立方晶格面心立方晶格金屬取金屬取 m=8屈服應(yīng)力屈服應(yīng)力: y=k( o+ p)n其中其中 o 和和 p 是初始屈服應(yīng)變和塑性應(yīng)變是初始屈服應(yīng)變和塑性應(yīng)變Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training ManualMarch 7, 2002

41、Inventory #0016303-29材料的定義材料的定義.應(yīng)變率相關(guān)各向異性塑性材料應(yīng)變率相關(guān)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 y和和ETAN或有效應(yīng)力和塑性應(yīng)變曲線來定義或有效應(yīng)力和塑性應(yīng)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(yīng)變率成形極限圖也可以用載荷曲線輸入，來計算最大應(yīng)變率Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics

42、 with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training ManualMarch 7, 2002Inventory #0016303-30tthEEEEE應(yīng)力應(yīng)變行為也可以通過多達應(yīng)力應(yīng)變行為也可以通過多達16個數(shù)據(jù)點來定義。個數(shù)據(jù)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)方程也必須給定 (EOSOPT)。phoyE材料的定義材料的定義J.壓力相關(guān)塑性材料壓力相關(guān)塑性材料類別類別4: 壓力相關(guān)塑性壓力相關(guān)塑性4a: Elastic-Plastic Hydrodynamic: 在大應(yīng)變下會失效的材料在大應(yīng)變下會失效的材料4b: Geological Cap Model: 地質(zhì)蓋帽

43、模型地質(zhì)蓋帽模型Elastic-Plastic Hydrodynamic : TB, PLAW, , , , 9, EOSOPT如果沒有定義有效真應(yīng)力和真應(yīng)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(yīng)力和真應(yīng)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 ManualMarch 7, 2002Invent

44、ory #0016303-31材料的定義材料的定義.壓力相關(guān)塑性材料壓力相關(guān)塑性材料Geological Cap Model : TB, GCAP無粘滯性雙不變量地質(zhì)蓋帽材料模型無粘滯性雙不變量地質(zhì)蓋帽材料模型地質(zhì)力學(xué)問題或混凝土類材料地質(zhì)力學(xué)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剪切模量代替彈性模量模型的詳細(xì)信息請參考模型的詳細(xì)信息請參考LS-DYNA理論手冊理論手冊（在與（在與ANSYS6.0理論手冊的理論手冊的同一張光碟上）同一張光碟上）。Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA

45、6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training ManualMarch 7, 2002Inventory #0016303-32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中有中有四種塑性模型四種塑性模型來來描述溫度效應(yīng)描述溫度效應(yīng). 大部分模型需大部分模型需要定義附加狀態(tài)方程要定義附加狀態(tài)方程(EOS) :5a: Bamman: 使用內(nèi)部狀態(tài)方程變量的復(fù)雜材料模型使用內(nèi)部狀態(tài)方程變量的復(fù)雜材料模型5b: Johnson-Cook: 高應(yīng)變率和溫度相關(guān)問題高應(yīng)變率和溫度相關(guān)問題5c: Z

46、erilli-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(yīng)變率條件下極高應(yīng)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(fù)雜應(yīng)變率相關(guān)材料模型用于金屬成形的復(fù)雜應(yīng)變率相關(guān)材料模型內(nèi)部狀態(tài)方程變量通過常數(shù)內(nèi)部狀態(tài)方程變量通過常數(shù)Ai直接輸入模型，無需定義附加直接輸入模型，無需定義附加狀態(tài)方程狀態(tài)方程。 Bamman模型需要輸入流動應(yīng)力參數(shù)模型需要輸入流動應(yīng)力參數(shù)CiExplicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dy

47、namics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training ManualMarch 7, 2002Inventory #0016303-33A, B, C, m, 和和n 是用實驗方法確定的常數(shù)，是用實驗方法確定的常數(shù)， p是有效塑性應(yīng)變是有效塑性應(yīng)變也需要輸入有效塑性應(yīng)變率，由下式給出也需要輸入有效塑性應(yīng)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, EOS, , , , 1,

48、EOSOPTJohnson-Cook模型主要用于高應(yīng)變率過程，如伴隨較大溫升的機加工模型主要用于高應(yīng)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(xué)模型的開發(fā)源自彈道學(xué)需要輸入需要輸入 DENS, EX, 和和 NUXY屈服應(yīng)力屈服應(yīng)力:Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training ManualMarch 7, 2002Inventory #0016303-34溫度計算需要輸入比熱、熔點和室溫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)通過下式中的失效

49、常數(shù)D1-D5 ，失效應(yīng)變可以并入到模型中失效應(yīng)變可以并入到模型中:其中其中 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模型模型(EOSOPT 后面討論后面討論)。TD1lnD1expDD54D21f3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(yīng)力之比 effExplicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training ManualMarch 7, 2002

50、Inventory #0016303-35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, EOSOPT Zerilli-Armstrong模型用于金屬成形過程和高速沖擊等這些應(yīng)力與應(yīng)變、模型用于金屬成形過程和高速沖擊等這些應(yīng)力與應(yīng)變、應(yīng)變率及溫度相關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)變率及溫度相關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)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(yīng)力模型需輸入流動應(yīng)力 (Ci), 溫度溫度 (Bi) 和熱容和熱容(Gi)系數(shù)。系數(shù)。)293()()(:)293()()(

51、: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 ManualMarch 7, 2002Inventory #0016303-36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Steinberg : TB, EOS, , , , 5, EOSOPT帶失效的高應(yīng)變率帶失效的高應(yīng)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

52、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 ManualMarch 7, 2002Inventory #0016303-37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(nèi)能的線性方程是內(nèi)能的線性方程Gruneisen

53、 : EOS 通過兩種方式定義壓力體積關(guān)系通過兩種方式定義壓力體積關(guān)系列表格式（列表格式（ Tabulated ）: 簡化的簡化的EOS ，也是內(nèi)能的線性方程也是內(nèi)能的線性方程線性多項式線性多項式 : EOSOPT = 1EOS 是內(nèi)能的線性方程是內(nèi)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 + C2 2 + C3 3 + (C4 + C5 +C6 2) E其中其中 = / 0 1 ， 和和 0 是當(dāng)前和初始密度是當(dāng)前和初始密度Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with A

54、NSYS/LS-DYNA 6.0Training ManualMarch 7, 2002Inventory #0016303-38EaSSSaCpooo2332212211112211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(guān)系與材料是壓縮還是膨脹有關(guān)。帶有立方?jīng)_擊速度壓力體積關(guān)系與材料是壓縮還是膨脹有關(guān)。帶有立方?jīng)_擊速度-質(zhì)點速度的質(zhì)點速度的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，定義壓力，對壓縮材料：對壓縮材料：列表格式（列表格式（Tabulat

55、ed） : EOSOPT = 3EOS是內(nèi)能的線性方程是內(nèi)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(yīng)變是體積應(yīng)變Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training ManualMarch 7, 2002Inventory #0016303-39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, EOSOP

56、T空材料允許在不計算偏應(yīng)力的條件下考慮狀態(tài)方程空材料允許在不計算偏應(yīng)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需要輸入密度密度DENS和和截止壓力截止壓力。對空的梁和殼需要輸入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(shè)定為需設(shè)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 ManualMarch

57、7, 2002Inventory #0016303-40材料的定義材料的定義N. 損傷模型損傷模型ANSYS/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(fù)合材料損傷復(fù)合材料損傷: 用于吸能的復(fù)合材料失效分析用于吸能的復(fù)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(fù)合材料損傷復(fù)合材料損傷: TB, COMP必須輸入每個方向上的彈

58、性模量、剪切模量和泊松比（無默認(rèn)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(rèn)值）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 ManualMarch 7, 2002Inventory #0016303-41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

59、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Ex

60、plicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training ManualMarch 7, 2002Inventory #0016303-42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)用于開發(fā)用于低密度聚氨酯低密度聚氨酯 (常用于船用集裝箱及汽車設(shè)計中的沖擊限制物建模常用于船用集裝箱及汽車設(shè)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, 泡沫聚合密度泡沫聚合密度比率比率 包括封閉氣壓效應(yīng)包括