第三章LS-DYNA材料模型.ppt

DYNA高級(jí)應(yīng)用培訓(xùn) 3、材料模型,對(duì)獲得有用的仿真結(jié)果而言，材料的行為和特性可能是最令人頭痛的 非線性材料的行為經(jīng)常通過新的研究來更新 非線性材料的特性是不容易獲得的, 常需采用簡化模型,第七章 材料,失效的單元不再承擔(dān)任何載荷，記錄在d3plot文件中 ，所以可以在顯示中刪除. 材料失效的方式 最小時(shí)間步 當(dāng)一單元扭曲時(shí)，時(shí)間步降低，嚴(yán)重的扭曲單元常表明材料已失效，只承擔(dān)小的載荷。然而，這些扭曲的單元控制CPU的開銷和運(yùn)行時(shí)間，刪除這些單元可使時(shí)間步增大。 塑性應(yīng)變 失效應(yīng)力,材料失效, *MAT_ADD_EROSION 一點(diǎn)積分的體單元 壓力、各種應(yīng)力和應(yīng)變準(zhǔn)則,應(yīng)變率影響（動(dòng)力影響） - SRE 迅速加載可能導(dǎo)致材料特性的改變，特別是一些金屬材料 應(yīng)變率 =材料變形的變化率 實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)是準(zhǔn)靜態(tài)，實(shí)際應(yīng)用是動(dòng)態(tài) SRE 與材料晶體結(jié)構(gòu)有關(guān) SRE 能影響失效應(yīng)變 SRE 對(duì)低碳鋼影響尤其大,應(yīng)變率影響,應(yīng)變率影響,35XF-LT, Low Carbon Steel,Cowper-Symonds 由應(yīng)變率相關(guān)因子縮放屈服應(yīng)力 Johnson-Cook 由有效塑性應(yīng)變率因子縮放流動(dòng)應(yīng)力 General 由應(yīng)變率相關(guān)因子縮放屈服應(yīng)力 曲線：縮放因子對(duì)應(yīng)變率 Strain rate dependent plasticity 曲線：屈服應(yīng)力對(duì)有效應(yīng)變率,應(yīng)變率影響,復(fù)合材料 陶瓷 紡織品 泡沫 玻璃 金屬 塑料 橡膠 土壤/混凝土,材料類型,1 *MAT_ELASTIC 3 *MAT_PLASTIC_KINEMATIC 24 *MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY *MAT_ORTHOTROPIC_ELASTIC *MAT_RESULTANT_PLASTICITY *MAT_ANISOTROPIC_ELASTIC *MAT_CLOSED_FORM_SHELL_PLASTICITY *MAT_ELASTIC_PLASTIC_HYDRO *MAT_BARLAT_ANISOTROPIC_PLASTICITY *MAT_STEINBERG *MAT_PLASTIC_GREEN-NAGHDI_RATE *MAT_ISOTROPIC_ELASTIC_PLASTIC *MAT_3-PARAMETER-BARLAT *MAT_JOHNSON_COOK *MAT_TRANSVERSELY_ANISOTROPIC *MAT_ORIENTED_CRACK *MAT_BAMMAN_DAMAGE *MAT_POWER_LAW_PLASTICITY *MAT_RATE_SENSITIVE_POWERLAW *MAT_STRAIN_RATE_DEPENDENT *MAT_MODIFIED_ZERILLI_ARMSTRONG *MAT_PLASTICITY_WITH_DAMAGE -更多其它的,金屬,1 *MAT_ELASTIC 定義線性材料 適用：梁，殼，體，厚殼 輸入 密度 楊氏模量 泊松比 對(duì)于Bel-Schwer梁的軸向和彎曲阻尼,3 *MAT_PLASTIC_KINEMATIC 定義一個(gè)雙線性規(guī)則的材料 適用：梁，殼，體，厚殼 輸入 密度 屈服應(yīng)力 楊氏模量 切線模量 泊松比 硬化參數(shù) Cowper-Symonds 應(yīng)變率影響 可獲得粘塑性公式 基于失效應(yīng)變的單元?jiǎng)h除,3 *MAT_PLASTIC_KINEMATIC,硬化,24 *MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY 定義雙線性規(guī)則或任意應(yīng)力應(yīng)變曲線 適用：梁，殼，體，厚殼 輸入 密度 屈服應(yīng)力 楊氏模量 切線模量或應(yīng)力應(yīng)變曲線 泊松比 Cowper-Symonds SRE 或任意應(yīng)變率相關(guān) 可獲得粘塑性公式 基于塑性應(yīng)變或最小時(shí)間步的單元?jiǎng)h除,通常認(rèn)為是不可壓縮的，因?yàn)轶w積模量在數(shù)量上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過剪切模量 7 *MAT_BLATZ-KO_RUBBER 27 *MAT_MOONEY-RIVLIN_RUBBER 31 *MAT_FRAZER-NASH_RUBBER 77 *MAT_HYPERELASTIC_RUBBER 77 *MAT_OGDEN_RUBBER 87 *MAT_CELLULAR_RUBBER,橡膠,體和殼 用于接近不可壓縮橡膠材料 泊松比固定為0.463 輸入 密度 剪切模量 適合聚氨酯橡膠 第二Piola-Kirchoff 應(yīng)力與Cauchy 應(yīng)力之間有轉(zhuǎn)換公式 該模型常用于表達(dá)中等程度大應(yīng)變的橡膠特性.輸入剪切模量可以得到一種稍微可壓的材料.沒有詳細(xì)數(shù)據(jù)時(shí)可選用該模型.更加完善的橡膠超彈性材料是27和31號(hào)材料.,7 *MAT_BLATZ-KO_RUBBER,體和殼 Frazer-Nash 橡膠模型的簡化 用于定義稍微可壓縮橡膠材料 泊松比(建議0.49-0.495) 兩常數(shù): A 和 B 應(yīng)變能密度函數(shù) I, II, III 為 Cauchy-Green 張量不變量 C = 0.5A + B 2 (A + B) = 線彈性的剪切模量,27 *MAT_MOONEY-RIVLIN_RUBBER,該模型可以得到稍微可壓縮的超彈性材料. 常用于大應(yīng)變的橡膠材料. 程序中,可以用單軸拉伸實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和軸向標(biāo)距,以及軸力與標(biāo)距長度改變量代替輸入?yún)?shù)A和B.,27 *MAT_MOONEY-RIVLIN_RUBBER,僅對(duì)體單元 超彈性規(guī)則的改進(jìn)形式 由 Kedington于1988年描述 泊松比: 0.49 0.50 應(yīng)變能函數(shù) I, J 應(yīng)力不變量,31 *MAT_FRAZER-NASH_RUBBER,僅對(duì)體單元,87 *MAT_CELLULAR_RUBBER,能量耗散 材料的響應(yīng)與路徑有關(guān) 土壤和可壓縮的泡沫代表一類當(dāng)被壓縮或壓緊時(shí)變硬的材料 比如，土壤，當(dāng)顆粒間有空間時(shí)有一確定的剛度，當(dāng)壓縮時(shí)，材料變硬，土壤的卸載呈現(xiàn)線性，土壤不能承擔(dān)拉伸載荷 多孔泡沫有相似的行為，硬度更低，直到孔被壓縮。泡沫卸載沿著加載路徑,泡沫材料,5 *MAT_SOIL_AND_FOAM 14 *MAT_SOIL_AND_FOAM_FAILURE 26 *MAT_HONEYCOMB 38 *MAT_BLATZ_FO_FOAM 53 *MAT_CLOSED_CELL_FOAM 57 *MAT_LOW_DENSITY_FOAM 62 *MAT_VISCOUS_FOAM 63 *MAT_CRUSHABLE_FOAM 75 *MAT_BILKHU/DUBOIS_FOAM 83 *MAT_FU_CHANG_FOAM 僅對(duì)體單元,泡沫,泡沫部件相對(duì)周圍的結(jié)構(gòu)是非常軟的 因此，接觸力常常在泡沫部件中導(dǎo)致沙漏出現(xiàn)，特別是模型網(wǎng)格較粗糙時(shí) 所以，全積分體單元是最好的選擇，在開始時(shí)排除沙漏問題,53 *MAT_CLOSED_CELL_FOAM,閉室泡沫: 開發(fā)用于低密度聚氨酯 (常用于船用集裝箱及汽車設(shè)計(jì)中的沖擊限制物建模) 要輸入DENS, EX, 初始泡沫壓力Po, 泡沫聚合密度比率 包括封閉氣壓效應(yīng) NUXY 趨向于零 屈服條件: y = a + b(1+c ) 其中 a, b和c 為實(shí)驗(yàn)確定的參數(shù), = V/ Vo + o - 1 其中 V 是當(dāng)前體積, Vo 是初始體積, o 是初始體積應(yīng)變,57 *MAT_LOW_DENSITY_FOAM,低密度泡沫 : 主要用于模擬汽車座位墊，側(cè)面沖擊假人的填料 有 hysteretic 應(yīng)力-應(yīng)變行為，但能接近恢復(fù)到原始形狀的材料 需要輸入密度DENS和彈性模量EX 采用載荷曲線標(biāo)識(shí)號(hào)(LCID)輸入應(yīng)力應(yīng)變行為 對(duì)于壓縮，模型用可能的能量耗散來假設(shè)材料的滯后行為 對(duì)于拉伸，直到拉伸截止應(yīng)力以前模型均表現(xiàn)為線性行為 NUXY 近似的設(shè)為零 使用滯后卸載時(shí)，如果衰減常數(shù) = 0 ，重新加載將會(huì)沿卸載曲線進(jìn)行 如果非零, 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(yīng) 體積粘度如果標(biāo)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,62 *MAT_VISCOUS_FOAM,粘性泡沫 : 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(shí)體模型 由平行的非線性彈簧和粘性阻尼構(gòu)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,63 *MAT_CRUSHABLE_FOAM,可壓碎泡沫 : 用于可永久壓服的材料（如聚苯乙烯固體） 可選擇粘性阻尼和截止張力（撕裂） 卸載認(rèn)為是完全彈性過程 拉伸按照完全彈塑性處理 需DENS, EX, NUXY 需輸入定義屈服應(yīng)力與體積應(yīng)變的載荷曲線 體積應(yīng)變 為: = 1 V 其中 V 為當(dāng)前體積和初始體積之比,26 *MAT_HONEYCOMB,蜂窩材料 : 正交各向異性可壓碎泡沫為側(cè)面沖擊緩沖器前端材料和航空結(jié)構(gòu)而開發(fā) 可以分別定義法向應(yīng)力和剪切應(yīng)力的非線性行為 需要DENS, EX, NUXY和粘性系數(shù) 需輸入完全壓緊的蜂房的屈服應(yīng)力和體積 需輸入彈性模量和每個(gè)正交方向上的應(yīng)力與相對(duì)體積或體積應(yīng)變載荷曲線,壓縮中壓力為正 體積應(yīng)變定義為相對(duì)體積的自然對(duì)數(shù)，壓縮中為負(fù) 相對(duì)體積定義為當(dāng)前體積與初始體積的比值 列表數(shù)據(jù)應(yīng)該以壓縮增加的方式排列 如果壓力降低到切斷值，則保持為該值,體積應(yīng)變和壓力,體積應(yīng)變和壓力,體積應(yīng)變和壓力,*mat_null+EOS(常見流體) *mat_high_explosive+EOS（炸藥） *MAT_ELASTIC_PLASTIC_HYDRO+EOS（固體在高應(yīng)變率下的流體表現(xiàn)） *mat_3-parameter_barlat（三參數(shù)的BARLAT各向異性塑性金屬材料） *mat_transversely_elastic_pla