LSDYNA培训手册3资料教程

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1、材料的定义,第3-1章,March 7, 2002 Inventory #001630 3-2,材料的定义本章目标,本章内容覆盖了ANSYS/LS-DYNA中材料模式的选择与定义 标题: 现有的材料模型 ANSYSLS-DYNA材料的图形操作界面（GUI） 输入材料数据 线弹性材料 非线性弹性材料 塑性材料 应变率无关各向同性塑性材料 应变率相关各向同性塑性材料 应变率相关各向异性塑性材料 压力相关塑性材料 温度敏感塑性材料 状态方程模型,March 7, 2002 Inventory #001630 3-3,材料的定义 本章目标,标题 (续): 空材料 损伤模型 泡沫材料 离散单元性质 索单

2、元性质 刚性材料 一般材料定义指导 材料定义练习,March 7, 2002 Inventory #001630 3-5,材料的定义B. ANSYS/LS-DYNA材料图形用户界面,材料GUI目录树图结构与隐式ANSYS一致,March 7, 2002 Inventory #001630 3-6,材料的定义. ANSYS/LS-DYNA材料图形用户界面,现有的ANSYS/LS-DYNA材料库包括:,March 7, 2002 Inventory #001630 3-7,材料的定义 ANSYS/LS-DYNA材料图形用户界面,材料输入方法简单不易出错 图形用户界面禁止密度随温度变化的输入 不再使

3、用MPMOD和MPUNDO命令 图形用户界面能接受直接批处理输入方式 (w/o MPMOD),March 7, 2002 Inventory #001630 3-8,材料的定义C. 输入材料数据,ANSYS/LS-DYNA中大多数材料需要输入密度 (DENS), 杨氏模量(EX)和泊松比 (NUXY or PRXY) , 这些定义都使用MP命令。 在ANSYS/LS-DYNA中，一些材料模型需要输入载荷曲线。这些曲线用来定义材料的两个变量的相关性，例如屈服应力随塑性应变的变化。 使用两组数组和EDCURVE 定义载荷曲线: Preprocessor Material Props Curve O

4、ptions . 通常，应力应变数据是指真应力与真应变格式,March 7, 2002 Inventory #001630 3-9,材料的定义. 输入材料数据,通过EDCURVE, LIST或EDCURVE, PLOT命令检查应力应变数据,March 7, 2002 Inventory #001630 3-10,材料的定义D. 线弹性材料,线弹性材料中包括四种不同的材料模型: 流体 : 充满流体的容器在冲击载荷下的弹性性质 各向同性 : 材料性质各个方向都相同 正交各向异性 : 3个相互正交对称平面上的性质不同 各向异性 : 材料中一点的性质与该点在材料中的位置无关 线弹性材料没有塑性变形而完

5、全由虎克定律来定义: 流体 : EDMP, FLUID, MAT, K 弹性流体模型要求输入DENS（密度）、K（体积模量） 体积模量可以通过EDMP命令直接输入或者由EX和NUXY的值用下式自动计算:,March 7, 2002 Inventory #001630 3-11,材料的定义. 线弹性材料,各向同性 : 大多数工程材料（例如钢铁）都是各向同性的 通过DENS、EX和NUXY定义即可 正交各向异性 : EDMP, ORTHO 正交各向异性材料通过9个独立的常数和DENS定义 横向各向同性材料（正交各向异性的一种特例）通过5个独立的常数(EXX, EZZ, NUXY, NUXZ, GX

6、Y)和 DENS定义 正交各向异性材料的定义与EDLCS命令所定义的坐标系编号有关: Preprocessor: Material Props Local CS Create Local CS 各向异性 : EDMP, ORTHO 和 TB, ANEL 各向异性材料通过21个相互独立的参数和DENS定义 使用局部坐标系 (EDLCS) 和数据表 (TB,ANEL),March 7, 2002 Inventory #001630 3-12,材料的定义E. 非线性弹性材料,非线性弹性材料包括三种材料模型: Blatz-Ko模型: 可压缩泡沫材料（例如聚氨酯橡胶） Mooney-Rivlin模型 :

7、 不可压橡胶材料 粘弹性材料 : 玻璃和类玻璃材料 非线性弹性材料能够经受大的可恢复弹性变形。所有的超弹材料(Blatz-Ko 和 Mooney-Rivlin)应变是可逆的，但是粘弹性材料粘性部分的应变是不可逆的，弹性应变部分是可逆的。 Blatz-Ko 超弹模型 : Blatz-Ko 材料模型只用于压缩下的橡胶材料 ANSYS/LS-DYNA自动设定泊松比 (NUXY)为 0.463，因此仅需要输入DENS和GXY 材料响应通过应变能密度函数W定义,March 7, 2002 Inventory #001630 3-13,材料的定义. 非线性弹性材料,Mooney-Rivlin 超弹材料 :

8、 TB, MOONEY, , , , TBOPT 用于定义不可压缩橡胶的材料响应 与ANSYS隐式双参数模型基本相同 需要输入DENS, NUXY, 和常数C10 和 C01 为保证不可压缩性质, NUXY 必须在 0.49和0.50间取值 Mooney-Rivlin系数可以直接输入(TBOPT=0)或者通过LS-DYNA对测试数据的计算得到 (TBOPT=2)。对后一种情况，举例如下: TB, MOONEY, 1, , , 2 ! 材料1的计算数据 TBDATA, 1, 0.0, 0.0 ! C10 和 C01 设为零 TBDATA, 3, L0 , w, t ! 样品的原始长度、宽度和厚度

9、 TBDATA, 6, LCID ! 长度变化与力载荷曲线数据 注: 如果L0 , w和t都等于1.0, 那么LCID =工程应力vs. 应变 材料响应通过应变能密度函数W定义： 1 , 2 和 3 是应变不变量，K 是体积模量。,March 7, 2002 Inventory #001630 3-14,材料的定义. 非线性弹性材料,粘弹性材料 : TB, EVISC 这类材料具有弹性（变形可恢复）部分和粘性（变形不可恢复）部分 用于模拟类玻璃材料和火箭固体燃料等 剪切关系由下式表达: 除了密度 DENS, 还需输入以下参数: Go = 短期 (初始) 弹性剪切模量 G = 长期 (无限)弹性

10、剪切模量 K = 弹性体积模量 1/= 衰减常数,March 7, 2002 Inventory #001630 3-15,材料的定义F. 塑性材料,塑性材料模型包含ANSYS/LS-DYNA中大多数非线性非弹性材料。要根据所分析材料的类型、应用领域和材料常数的可获取性来选择某个特定塑性模型。 塑性模型可以分为五类: 类别 1：应变率和塑性无关的各向同性材料 类别 2: 应变率和塑性相关的各向同性材料 类别 3: 应变率和塑性无关的各向异性材料 类别 4: 压力相关塑性 类别 5: 温度敏感塑性 为分析材料选择正确的类别非常重要， 在某类别内选择特定的模型相比就不那么重要了，这通常取决于材料数

11、据的可获取性。,March 7, 2002 Inventory #001630 3-16,材料的定义. 塑性材料,大多数非线性有限元分析精确性的关键在于材料常数的质量。为了得到最好的结果，应该从材料供应者那里得到材料常数或者去做材料特性分析。 一些塑性模型需要输入附加的状态方程 (EOS)。这些方程将会在介绍完所有的塑性模型后进行详细的讨论。,March 7, 2002 Inventory #001630 3-17,材料的定义G. 应变率无关各向同性塑性材料,类别1: 应变率和塑性无关的 各向同性材料 1a: 经典的双线性随动硬化 (BKIN) 1b: 经典的双线性等向硬化 (BISO) BK

12、IN 和 BISO : TB, BKIN 和 TB, BISO 这些模型通常用于整个成形持续时间相对较长的过程（例如金属板冲压），以及大多数工程材料中（钢、铝、铸铁等）。 两种模型都有两个斜率，弹性模量(EX)和切向模量(ETAN) 来表达材料的应力应变行为。 BKIN和BISO模型所需输入的参数相同 : MP命令定义DENS, EX和NUXY TB和TBDATA命令定义屈服应力和切向模量,March 7, 2002 Inventory #001630 3-18,材料的定义.应变率无关各向同性塑性材料,BKIN和BISO模型的差别仅在于硬化假设不同。 随动硬化假设二次屈服发生在2y 等向硬化假

13、设二次屈服发生在2max BISO模型允许有温度相关: 预加热载荷分析和热瞬态分析 (见第2-1章) 指定六个温度条件下的材料数据 使用MPTEMP, MPDATA, TBTEMP和TBDATA 设定高屈服应力模拟热弹性材料,March 7, 2002 Inventory #001630 3-19,类别2:应变率和塑性相关的 各向同性材料 2a: 塑性随动: 带有失效应变的Cowper-Symonds模型 2b:幂率硬化: 带有强度和硬化系数的Cowper-Symonds模型 2c: 分段线性: 带有多线性曲线和失效应变的Cowper-Symonds模型 2d: 率相关: 通过载荷曲线和失效应

14、力定义应变率 2e: 应变率敏感: 超塑性成形的Ramburgh-Osgood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 模型2a - 2c利用Cowper-Symonds 模型，模型的屈服应力与应变率因子有关:,材料的定义H.应变率相关各向同性塑性材料,C和P是Cowper-Symonds应变率参数。,March 7, 2002 Inventory #001630 3-20,塑性随动 : TB, PLAW, , , , 1 双线性硬化塑性 (y 和 ETAN) 硬化参数 在 0 (kinematic) 和 1 (isotropic)之间 失效应变决定删除失效单元 屈服

15、应力:,材料的定义.应变率相关各向同性塑性材料,其中0 是初始屈服应力, peff 是有效塑性应变, Ep 是塑性硬化模量，由此公式确定 :,March 7, 2002 Inventory #001630 3-21,材料的定义.应变率相关各向同性塑性材料,幂率硬化 : TB, PLAW, , , , 4 带有双线性等向强化的塑性行为 强度系数k和硬化系数n定义的幂率硬化 屈服应力:,其中e 是弹性应变。,March 7, 2002 Inventory #001630 3-22,材料的定义.应变率相关各向同性塑性材料,分段线性 : TB, PLAW, , , , 8 模型在求解时非常有效，通常用

16、于碰撞分析 与ANSYS 隐式中的TB, MISO模型类似 用有效真应力与有效真应变载荷曲线定义应力应变行为 输入失效应变，以确定需要删除的单元 屈服面由 Cowper-Symonds 模型针对率相关进行缩放,March 7, 2002 Inventory #001630 3-23,材料的定义.应变率相关各向同性塑性材料,率相关 : TB, PLAW, , , , 5 这是最普通的应变率相关的塑性模型，因为弹性模量(E) 、屈服应力(y) 、切向模量(ETAN)和失效应力(FAIL)均可以应变的函数形式输入。 给定塑性应变率后的屈服应力如下定义:,其中 LCID 1 = defines y as a function of LCID 2 = defines E as a function of LCID 3 = defines ETAN as function of LCID 4 = defines effective von Mises stress at failure as a function of,March 7,