ANSYS培訓教程up1-3.ppt

1、材料庫及常用非線性材料模型,定義材料性質時， 首先給出彈性材料性質 (EX、PRXY 等)。 然后給出非線性材料性質。,EX,屈服點,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）應變所引起的Y方向的壓（或拉）應變。 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）應變所引起的X方向的壓（或拉）應變。 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,材料庫的運用,非線性材料屬性,彈塑性： 多種屈服準則： Mises、Hill、廣義Hill 、 Drucker-Prager、Mohr-Coulomb 多種強化方式： 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 它僅描述屈服準則。Hill 勢與等向、隨動和混合強化模型相結合。 在這些模型中， von Mises 用作 參照 屈服應力。Hill 模型則用來確定六個方向的實際屈服應力值。,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力 (應力單位)，不是屈服應力比率 (無量綱)。 強化規(guī)律是雙線性等向強化。 已經(jīng)內置于材料定義中，所以不用發(fā)出TB，BISO 命令。無需指定額外的強化準則。 假設和溫

4、度無關。 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力空間內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 準則)。 因為屈服在拉伸和壓縮中可指定為不同， 所以圓柱屈服面被初始移動。,s2,s1,s3,s,e,s3,s3yt,主應力空間,單軸應力-應變,s3yc,強化規(guī)律: 強化規(guī)律 描述初始屈服準則如何隨不斷發(fā)展的塑性應變變化。強化規(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，強化規(guī)律確定材料何時將再次屈服。,強化規(guī)律, 強化規(guī)律: ANSYS 所用的基本強化規(guī)律有兩個

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

6、-應變行為是:,e,s,sy,2s,s,注意壓縮的后繼屈服應力等于拉伸時的達到的最大應力。 等向強化經(jīng)常用于大應變或比例 (非周期)加載的模擬。,強化規(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,強化規(guī)律,ANSYS程序有許多塑性選項， 允許將給定材料的強化規(guī)律、曲線形狀和率相關等緊密地匹配起來。,這些塑性選項在高級結構非線性 培訓手冊中討論。, 材料屬性 記住大應變 塑性分析要求輸入數(shù)據(jù)為真實應力-對數(shù)應變， 而小應變分析 可以用工程應力-應變數(shù)據(jù)。 如果所提供的試驗數(shù)據(jù)用工程應力-應變度量，那么在將它輸入ANSYS 進行大應變分析之前，必須轉換為真實應

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

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 多線性隨動強化: 多線性隨動強化有兩個選項: MKIN (固定表) 和 KINH (通用)。 兩種材料模型都用多線性的應力-應變曲線模擬隨動強化效應。 這些選項用 Mises 屈服準則， 對金屬的小應變塑性分析有效。,MKIN 和 KINH 都通過輸入彈性模量和應力-應變數(shù)據(jù)點定義， 彈性模量(E)的輸入步驟與 BKIN 模型相同。, 多線性隨動強化 固定表 (MKIN): MKIN 選項用 Besseling 或 底層模型 (見ANSYS 理論手冊 )。 MKIN 選項最多允許五個應力-應變數(shù)據(jù)點， 最多五條溫度相

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

10、。 (KINH與BOPT=2， Rice模型的 MKIN 有同樣的力學行為)。 可以定義40條溫度相關的應力-應變曲線， 每一條曲線可以有20個數(shù)據(jù)點。 不同溫度的曲線必須 有相同數(shù)量的點， 然而不同曲線的應變值可以不同。 假設不同應力-應變曲線上的對應點代表特定低層的溫度相關的屈服行為。, 多線性隨動強化-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), 多線性隨動強化-通用 (KINH): 輸入非線性真實應力 - 對

11、數(shù)應變數(shù)據(jù),可以定義五條溫度相關曲線。 點擊添加應力-應變數(shù)據(jù)點。, 多線性隨動強化 -通用 (KINH): 預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)表曲線圖的標題中有“preview”字樣。, 多線性隨動強化 -通用 (KINH): 一旦定義了材料屬性， 畫應力-應變曲線圖的推薦步驟是: Utility Menu Plot Data Tables ,顯示材料標識號。 單個數(shù)據(jù)點有標識。, 多線性隨動強化 (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 -雙線性等向強化: 雙線性等向強化(BISO)也用雙線性的應力-應變曲線表示。 采用等向強化

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