ANSYS培訓(xùn)教程up1-3.ppt

1、材料庫及常用非線性材料模型,定義材料性質(zhì)時(shí)， 首先給出彈性材料性質(zhì) (EX、PRXY 等)。 然后給出非線性材料性質(zhì)。,EX,屈服點(diǎn),T3,T2,T1,材料屬性定義,各向同性材料： EX必須輸入 泊松比（PRXY或NUXY）默認(rèn)為0.3 GXY EX/(2(1+NUXY) 正交各向異性材料 所有參數(shù)必須輸入（EX， EY， EZ， (PRXY， PRYZ， PRXZ， or NUXY， NUYZ， NUXZ)， GXY， GYZ， and GXZ )，無默認(rèn)值 一般各向異性材料 直接輸入彈性（或柔度）矩陣,線彈性屬性定義,PRXY和NUXY的意義、區(qū)別： PRXY為主泊松比，指的是在單軸作用下

2、，X方向的單位拉（或壓）應(yīng)變所引起的Y方向的壓（或拉）應(yīng)變。 NUXY為次泊松比，它代表了與PRXY成正交方向的泊松比，指的是在單軸作用下，Y方向的單位拉（或壓）應(yīng)變所引起的X方向的壓（或拉）應(yīng)變。 對于正交各向異性材料，需要根據(jù)材料數(shù)據(jù)的來源確定數(shù)據(jù)的輸入方式。但是對于各向同性材料來說，選擇PR*或NU*來輸入泊松比是沒有任何區(qū)別的。,泊松比的意義,ANSYS材料庫： ansys90matlib 用戶自定義材料庫 -練習(xí),材料庫的運(yùn)用,非線性材料屬性,彈塑性： 多種屈服準(zhǔn)則： Mises、Hill、廣義Hill 、 Drucker-Prager、Mohr-Coulomb 多種強(qiáng)化方式： 隨動

3、、各向同性、混合 雙線性、多線性 粘塑性 ：高溫金屬 蠕變：數(shù)十種蠕變模型，顯式 它僅描述屈服準(zhǔn)則。Hill 勢與等向、隨動和混合強(qiáng)化模型相結(jié)合。 在這些模型中， von Mises 用作 參照 屈服應(yīng)力。Hill 模型則用來確定六個方向的實(shí)際屈服應(yīng)力值。,廣義 Hill 勢 (ANISO),廣義 Hill 勢與 Hill 勢相似，區(qū)別如下: 廣義 Hill 供非均質(zhì)材料用 (拉伸和壓縮屈服比率不同)。 直接輸入不同方向的屈服應(yīng)力 (應(yīng)力單位)，不是屈服應(yīng)力比率 (無量綱)。 強(qiáng)化規(guī)律是雙線性等向強(qiáng)化。 已經(jīng)內(nèi)置于材料定義中，所以不用發(fā)出TB，BISO 命令。無需指定額外的強(qiáng)化準(zhǔn)則。 假設(shè)和溫

4、度無關(guān)。 不支持 18x 單元。,廣義 Hill 勢 (ANISO),廣義 Hill 勢理論的屈服面可看作是在主應(yīng)力空間內(nèi)移動了的變形圓柱體。 由于各向異性(不同方向屈服不同)，所以圓柱屈服面變形 (Hill 準(zhǔn)則)。 因?yàn)榍诶旌蛪嚎s中可指定為不同， 所以圓柱屈服面被初始移動。,s2,s1,s3,s,e,s3,s3yt,主應(yīng)力空間,單軸應(yīng)力-應(yīng)變,s3yc,強(qiáng)化規(guī)律: 強(qiáng)化規(guī)律 描述初始屈服準(zhǔn)則如何隨不斷發(fā)展的塑性應(yīng)變變化。強(qiáng)化規(guī)律描述在塑性流動過程中屈服面如何變化。 如果繼續(xù)加載或者反向加載，強(qiáng)化規(guī)律確定材料何時(shí)將再次屈服。,強(qiáng)化規(guī)律, 強(qiáng)化規(guī)律: ANSYS 所用的基本強(qiáng)化規(guī)律有兩個

5、，用于規(guī)定屈服面的修正:,隨動 強(qiáng)化。 屈服面大小保持不變， 并沿屈服方向平移。 等向 強(qiáng)化。 屈服面隨塑性流動在所有方向均勻膨脹。,對于小應(yīng)變循環(huán)載荷， 大多數(shù)材料顯示出隨動強(qiáng)化行為。,強(qiáng)化規(guī)律,隨動強(qiáng)化 單軸試件隨動強(qiáng)化的應(yīng)力-應(yīng)變行為是:,注意壓縮時(shí)的后繼屈服減小量等于拉伸時(shí)屈服應(yīng)力的增大量， 因此這兩種屈服應(yīng)力間總能保持 2sy 的差值。 (這叫做 Bauschinger 效應(yīng) 。) 隨動強(qiáng)化通常用于小應(yīng)變、循環(huán)加載的情況。,強(qiáng)化規(guī)律, 隨動強(qiáng)化: 初始各向同性材料在屈服并經(jīng)歷隨動強(qiáng)化后不再是各向同性。 隨動強(qiáng)化模型不適合于非常大的應(yīng)變的模擬。,強(qiáng)化規(guī)律,等向強(qiáng)化 等向強(qiáng)化單軸試件應(yīng)力

6、-應(yīng)變行為是:,e,s,sy,2s,s,注意壓縮的后繼屈服應(yīng)力等于拉伸時(shí)的達(dá)到的最大應(yīng)力。 等向強(qiáng)化經(jīng)常用于大應(yīng)變或比例 (非周期)加載的模擬。,強(qiáng)化規(guī)律,曲線形狀 ANSYS塑性模型支持三種不同的曲線形狀:,雙線性,多線性,非線性,強(qiáng)化規(guī)律,ANSYS程序有許多塑性選項(xiàng)， 允許將給定材料的強(qiáng)化規(guī)律、曲線形狀和率相關(guān)等緊密地匹配起來。,這些塑性選項(xiàng)在高級結(jié)構(gòu)非線性 培訓(xùn)手冊中討論。, 材料屬性 記住大應(yīng)變 塑性分析要求輸入數(shù)據(jù)為真實(shí)應(yīng)力-對數(shù)應(yīng)變， 而小應(yīng)變分析 可以用工程應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)。 如果所提供的試驗(yàn)數(shù)據(jù)用工程應(yīng)力-應(yīng)變度量，那么在將它輸入ANSYS 進(jìn)行大應(yīng)變分析之前，必須轉(zhuǎn)換為真實(shí)應(yīng)

7、力-對數(shù)應(yīng)變數(shù)據(jù)。, 材料屬性: 然而， 在小應(yīng)變水平，工程應(yīng)力-應(yīng)變值與真實(shí)應(yīng)力-對數(shù)應(yīng)變值幾乎恒等。 因此，真實(shí)應(yīng)力-對數(shù)應(yīng)變數(shù)據(jù)可用于一般情況。 如果所提供的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用真實(shí)應(yīng)力-對數(shù)應(yīng)變計(jì)量， 那么在輸入 ANSYS 之前，即使對小應(yīng)變分析也不需要轉(zhuǎn)換為工程應(yīng)力-應(yīng)變。 el = ln (1 + e) strue = s (1 + e),材料屬性 雙線性隨動強(qiáng)化: 雙線性隨動強(qiáng)化(BKIN)用雙線性的應(yīng)力-應(yīng)變曲線表示，包括彈性斜率和剪切模量。采用隨動強(qiáng)化的 Mises屈服準(zhǔn)則，因此包括包辛格效應(yīng)。該選項(xiàng)可以用于小應(yīng)變和循環(huán)加載的情況。,雙線性隨動強(qiáng)化所需的輸入數(shù)據(jù)是彈性模量E、屈服應(yīng)力

8、sy 和剪切模量ET。,下面我們在ANSYS中來介紹材料定義的過程,材料屬性 多線性隨動強(qiáng)化: 多線性隨動強(qiáng)化有兩個選項(xiàng): MKIN (固定表) 和 KINH (通用)。 兩種材料模型都用多線性的應(yīng)力-應(yīng)變曲線模擬隨動強(qiáng)化效應(yīng)。 這些選項(xiàng)用 Mises 屈服準(zhǔn)則， 對金屬的小應(yīng)變塑性分析有效。,MKIN 和 KINH 都通過輸入彈性模量和應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)點(diǎn)定義， 彈性模量(E)的輸入步驟與 BKIN 模型相同。, 多線性隨動強(qiáng)化 固定表 (MKIN): MKIN 選項(xiàng)用 Besseling 或 底層模型 (見ANSYS 理論手冊 )。 MKIN 選項(xiàng)最多允許五個應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)點(diǎn)， 最多五條溫度相

9、關(guān)曲線。 MKIN 模型有如下附加限制: 每一條應(yīng)力-應(yīng)變曲線 必須 用同一組應(yīng)變值。 曲線的第一個點(diǎn)必須 和彈性模量一致 不允許有大于彈性模量的斜率段(允許負(fù)斜率， 但會導(dǎo)致收斂問題 )。 對于應(yīng)變值超過輸入曲線終點(diǎn)的情況， 假定為理想塑性材料行為。, 多線性隨動強(qiáng)化 固定表 (MKIN): 輸入非線性真實(shí)應(yīng)力- 對數(shù)應(yīng)變數(shù)據(jù):,MKIN 的應(yīng)力-應(yīng)變選項(xiàng): 隨著溫度的升高無應(yīng)力松弛 ( 缺省)。 用新的權(quán)重因子重新計(jì)算總塑性應(yīng)變。 比例縮放塑性應(yīng)變以保持總塑性應(yīng)變不變; 符合 Rice 模型(推薦)。, 多線性隨動強(qiáng)化-通用 (KINH): KINH 選項(xiàng)去掉了MKIN 模型強(qiáng)加的一些限制

10、。 (KINH與BOPT=2， Rice模型的 MKIN 有同樣的力學(xué)行為)。 可以定義40條溫度相關(guān)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線， 每一條曲線可以有20個數(shù)據(jù)點(diǎn)。 不同溫度的曲線必須 有相同數(shù)量的點(diǎn)， 然而不同曲線的應(yīng)變值可以不同。 假設(shè)不同應(yīng)力-應(yīng)變曲線上的對應(yīng)點(diǎn)代表特定低層的溫度相關(guān)的屈服行為。, 多線性隨動強(qiáng)化-通用 (KINH): 定義KINH模型: 在材料GUI中， 雙擊 Structural Nonlinear Inelastic Kinematic Hardening Multilinear (General),(續(xù)下頁), 多線性隨動強(qiáng)化-通用 (KINH): 輸入非線性真實(shí)應(yīng)力 - 對

11、數(shù)應(yīng)變數(shù)據(jù),可以定義五條溫度相關(guān)曲線。 點(diǎn)擊添加應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)點(diǎn)。, 多線性隨動強(qiáng)化 -通用 (KINH): 預(yù)覽所輸入的材料屬性: 拾取對話框中的“Graph”。,注意:從材料模型界面生成的材料數(shù)據(jù)表曲線圖的標(biāo)題中有“preview”字樣。, 多線性隨動強(qiáng)化 -通用 (KINH): 一旦定義了材料屬性， 畫應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖的推薦步驟是: Utility Menu Plot Data Tables ,顯示材料標(biāo)識號。 單個數(shù)據(jù)點(diǎn)有標(biāo)識。, 多線性隨動強(qiáng)化 (KINH): 作為 GUI 的備用， 同樣的材料非線性屬性可以通過如下的命令行輸入來定義: /PREP7 MPTEMP， 1， 0 MPD

12、ATA， EX， 1， ， 16000000 MPDATA， PRXY， 1， ， 0。33 TB， KINH， 1， 1， 8 TBTEMP， 0 TBPT， ， 0。000625， 10000 TBPT， ， 0。0025， 15000 TBPT， ， 0。005， 21000 TBPT， ， 0。01， 29000 TBPT， ， 0。015， 32600 TBPT， ， 0。02， 34700 TBPT， ， 0。04， 36250 TBPT， ， 0。1， 39000 TBPLOT,材料屬性 -雙線性等向強(qiáng)化: 雙線性等向強(qiáng)化(BISO)也用雙線性的應(yīng)力-應(yīng)變曲線表示。 采用等向強(qiáng)化

13、的von Mises屈服準(zhǔn)則。 該選項(xiàng)通常用于金屬塑性的大應(yīng)變情況。 建議不要將雙線性等向強(qiáng)化用于循環(huán)加載。,e,sy,ey,s,ET,雙線性等向強(qiáng)化需要輸入的值是彈性模量E、屈服應(yīng)力sy和剪切模量ET。 輸入步驟與雙線性隨動強(qiáng)化模型相同。,材料屬性 多線性等向強(qiáng)化: 多線性等向強(qiáng)化 (MISO) 也用多線性的應(yīng)力應(yīng)變曲線表示。 采用等向強(qiáng)化的Mises屈服準(zhǔn)則。 該選項(xiàng)通常用于比例加載和金屬塑性的大應(yīng)變情況。,通過輸入彈性模量和應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)點(diǎn)來定義多線性等向強(qiáng)化模型。 輸入步驟與KINH模型類似。, 多線性等向強(qiáng)化 (MISO): MISO 選項(xiàng)最多允許 100 個應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)點(diǎn)及 20 條溫度相關(guān)曲線。 MISO 模型有如下附加限制: 曲線的第一個點(diǎn)必須 與彈性模量相對應(yīng)。 不允許有大于彈性模量或小于零的斜率段。 對于應(yīng)變值超過