公開培訓(xùn)optis材料非線性

1、OptiStruct材料非線性材料非線性技術(shù)支持熱線：4006-196-186技術(shù)支持郵箱： 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved.彈塑性材料超彈性材料非線性彈簧內(nèi)容提綱內(nèi)容提綱 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved.OptiStruct彈塑性材料彈塑性材料 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Co

2、nfidential. All rights reserved. OA段應(yīng)力應(yīng)變呈線性比例 BC段材料進入塑性 從C點開始應(yīng)變硬化 D點達到最大，試件頸縮 D點后載荷隨著應(yīng)變增大而減小 E點試件斷裂材料單軸試驗材料單軸試驗Necking PointoABCDE 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved.材料試驗示意圖材料試驗示意圖初始時刻原子位于平衡位置原子鍵被拉伸，但去除外力后可回復(fù)原子沿滑移帶滑移，去除外力后不可恢復(fù)原子沿滑移帶繼續(xù)滑移，原子重新排列頸縮產(chǎn)生，原子沿不同的滑

3、移面滑移，變形加快原子鍵斷裂，試件斷裂 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved.材料試驗動畫材料試驗動畫 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved.材料試驗結(jié)果材料試驗結(jié)果 屈服應(yīng)力：如果存在明顯的線性轉(zhuǎn)非線性點，取轉(zhuǎn)折點位屈服應(yīng)力 屈服應(yīng)力：如果不存在明顯的線性轉(zhuǎn)非線性點，取0.2%的應(yīng)變位置為屈服點UTS：最大應(yīng)力點，頸縮開始點楊氏模量：線性段斜率 201

4、8 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved.材料試驗結(jié)果材料試驗結(jié)果試件斷裂時的總應(yīng)變試件斷裂時的塑性應(yīng)變彈性功塑性功 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved.不同材料的試驗曲線不同材料的試驗曲線鋼材拉伸曲線有色金屬（銅、鋁）拉伸曲線 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. All rig

5、hts reserved. 在金屬塑性加工過程中正向加載引起的塑性應(yīng)變強化導(dǎo)致金屬材料在隨后的反向加載過程中呈現(xiàn)塑性應(yīng)變軟化（屈服極限降低）的現(xiàn)象。這一現(xiàn)象是包辛格(JBauschinger)于1886年在金屬材料的力學(xué)性能實驗中發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)將金屬材料先拉伸到塑性變形階段后卸載至零，再反向加載，即進行壓縮變形時，材料的壓縮屈服極限(s)比原始態(tài)（即未經(jīng)預(yù)先拉伸塑性變形而直接進行壓縮）的屈服極限(s)明顯要低（指絕對值）。若先進行壓縮使材料發(fā)生塑性變形，卸載至零后再拉伸時，材料的拉伸屈服極限同樣是降低的。彈塑性材料彈塑性材料Bauschinger效應(yīng)效應(yīng) 2018 Altair Engineeri

6、ng, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved.試驗曲線到仿真曲線的轉(zhuǎn)換試驗曲線到仿真曲線的轉(zhuǎn)換 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved.材料曲線到仿真曲線的轉(zhuǎn)換Necking Point. Data Only valid till this point !And now.Generation of Material Data for Simulation.1. Generate engineering S

7、tress-Strain-Curve 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved.材料曲線到仿真曲線的轉(zhuǎn)換1. Generate engineering Stress-Strain-Curve2. Generate true Stress-Strain-Curve001 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved.材料曲線到仿真曲線的轉(zhuǎn)換1. Generate en

8、gineering Stress-Strain-Curve2. Generate true Stress-Strain-Curve3. Generate plastic True-Stress-Strain-Curve (subtract elastic the part of the curve) 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved.材料曲線到仿真曲線的轉(zhuǎn)換1. Generate engineering Stress-Strain-Curve2. Generate tr

9、ue Stress-Strain-Curve3. Generate plastic True-Stress-Strain-Curve (subtract elastic the part of the curve)4. When necessary extrapolate Material Data to 100 % 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved. 單軸應(yīng)力應(yīng)變曲線 在彈性范圍內(nèi)，應(yīng)力應(yīng)變保持線性關(guān)系 超出初始屈服點，應(yīng)力隨應(yīng)變非線性增加 卸載條件下，應(yīng)力隨應(yīng)變線性

10、變化 應(yīng)力為零時存在一定的殘余應(yīng)變，即塑性應(yīng)變材料彈塑性曲線的理論近似材料彈塑性曲線的理論近似plijelijij 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved. 屈服準(zhǔn)則 Mises 屈服準(zhǔn)則 流動準(zhǔn)則 流動準(zhǔn)則假定塑性勢函數(shù)與屈服函數(shù)一致，塑性變形增量方向總是沿塑性勢法線方向 硬化準(zhǔn)則 各向同性硬化 隨動硬化 混合硬化彈塑性理論模型三要素彈塑性理論模型三要素 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential.

11、All rights reserved. 應(yīng)力狀態(tài)在屈服面之內(nèi)為彈性狀態(tài) 應(yīng)力狀態(tài)在屈服面上為塑性狀態(tài) 應(yīng)力不會落在屈服面之外Mises屈服準(zhǔn)則屈服準(zhǔn)則 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved. 各向同性硬化 屈服半徑變大，屈服中心不變 隨動硬化 屈服半徑不變，屈服中心移動 混合硬化 屈服半徑及屈服中心都在變化硬化準(zhǔn)則硬化準(zhǔn)則各向同性硬化隨動硬化 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. All r

12、ights reserved.材料的彈塑性響應(yīng)材料的彈塑性響應(yīng) 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved. MATS1 TID，通過TABLES1 定義應(yīng)力vs.塑性應(yīng)變曲線 TYPE=PLASTIC，彈塑性材料 H，線性硬化剛度，理想塑性H=0.0 YF，屈服準(zhǔn)則，Mises屈服準(zhǔn)則 HR，硬化準(zhǔn)則，各向同性硬化/隨動硬化/混合硬化 LIMIT1，初始屈服點 TYPSTRN，曲線類型，橫軸為全應(yīng)變或塑性應(yīng)變OptiStruct彈塑性材料定義彈塑性材料定義(1)(2)(3)(4

13、)(5)(6)(7)(8)(9)(10)MATS1MIDTIDTYPEHYFHRLIMIT1TYPSTRN 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved. 通過材料曲線定義彈塑性材料 建議采用應(yīng)力vs.塑性應(yīng)變曲線 TID 材料曲線 TYPE=PLASTIC，默認值 YF=1，默認值，Mises屈服準(zhǔn)則 HR=1/2/3/real，如果不涉及到循環(huán)加載，該值不影響最終結(jié)果 TYPSTRN=1，應(yīng)力vs.塑性應(yīng)變曲線OptiStruct彈塑性材料兩種定義方法彈塑性材料兩種定義方法 -

14、 1(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)MATS1MIDTIDTYPEHYFHRLIMIT1TYPSTRN 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved. 通過硬化斜率定義彈塑性材料 H 硬化斜率 TYPE=PLASTIC，默認值 YF=1，默認值，Mises屈服準(zhǔn)則 HR=1/2/3/real，如果不涉及到循環(huán)加載，該值不影響最終結(jié)果 LIMIT1 初始屈服點OptiStruct彈塑性材料兩種定義方法彈塑性材料兩種定義方法 - 2(1)(2)(3)(4)

15、(5)(6)(7)(8)(9)(10)MATS1MIDTIDTYPEHYFHRLIMIT1TYPSTRN 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved. TABLES1創(chuàng)建 Utility -TABLE create MATS1創(chuàng)建 MATS1是MAT1卡片的擴展 MAT1卡片定義彈性屬性 MATS1定義塑性塑性O(shè)ptiStruct彈塑性材料定義彈塑性材料定義 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. A

16、ll rights reserved. 等效塑性應(yīng)變 只要有應(yīng)變輸出要求（STRAIN=ALL），都會輸出等效塑性應(yīng)變 塑性應(yīng)變分量 STRAIN（PLASTIC）=YES彈塑性分析結(jié)果輸出彈塑性分析結(jié)果輸出 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved. 采用SOLID單元模擬一根桿在循環(huán)載荷下的塑性變形 材料初始屈服點為800MPa，正向加載到1000MPa，然后反向加載到1000MPa，最后加載到1200MPa 材料為各向同性硬化彈塑性示例彈塑性示例 2018 Altair

17、Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved. OA段加載達到初始屈服點，無塑性應(yīng)變 AB段繼續(xù)加載，出現(xiàn)塑性應(yīng)變，進入塑性硬化階段彈塑性示例彈塑性示例OA段AB段 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved. BC段卸載并反向加載至屈服點，塑性應(yīng)變沒有增加 CD段反向屈服硬化，塑性應(yīng)變抵消，但是等效塑性應(yīng)變增加彈塑性示例彈塑性示例BC段CD段 2018 Altair Engineering

18、, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved.彈塑性示例彈塑性示例 B點的塑性應(yīng)變分量大于D點的塑性應(yīng)變分量，這是應(yīng)為反向壓縮導(dǎo)致D點的塑性應(yīng)變減小，但是D點的等效塑性應(yīng)變要大于B點的等效塑性應(yīng)變，這是因為等效塑性應(yīng)變是一個累積量。AB段CD段 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved. 模型文件001_elasto_plastic_ori.fem 練習(xí)內(nèi)容 設(shè)置彈塑性材料 創(chuàng)建載荷步 提交計算 查看彈塑性應(yīng)變

19、練習(xí)練習(xí) 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved.OptiStruct超彈性材料超彈性材料 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved. 超彈性材料實質(zhì)是一種非線性彈性材料，在較大的變形下也保持彈性特性，在卸除載荷后可完全恢復(fù)到初始狀態(tài)，其代表材料為橡膠、泡沫 超彈性材料一般為不可壓或近似不可壓縮材料超彈性材料超彈性材料 2018 Altair Engineer

20、ing, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved. 超彈性材料應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系通過應(yīng)變能密度函數(shù)來描述S ： 第二類 Piola_Kirchhoff 應(yīng)力張量E ：格林應(yīng)變張量U ：應(yīng)變能密度C ：右Cauchy-Green變形張量在實際應(yīng)用中應(yīng)變能密度一般采用體積應(yīng)變及主方向上的伸長率來描述超彈性材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系超彈性材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系CCUEEUS)(2)( 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved. 伸長

21、率為變形后的長度除以變形前的長度伸長率伸長率engundeformeddeformedLL1 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved. 體積應(yīng)變?yōu)樽冃魏蟮捏w積除以變形前的體積 對于不可壓縮超彈性材料，J=1體積應(yīng)變體積應(yīng)變undeformeddeformedJJJ 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved. 應(yīng)變能密度函數(shù)一般通過3個不變量來描述，其中3個不變

22、量又可用3個主方向的伸長率來表示應(yīng)變能密度函數(shù)應(yīng)變能密度函數(shù))(),(),(321CICICIUU 2232221321232322222122322211JIII 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved.應(yīng)變能密度函數(shù)應(yīng)變能密度函數(shù) 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved. 單軸拉伸 雙軸拉伸 純剪確定超彈性材料參數(shù)的簡單實驗確定超彈性材料參數(shù)的簡單實驗

23、2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved. MOONEY超彈性模型 簡單載荷下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系超彈性材料模型超彈性材料模型1 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved. Neo-Hooken超彈性模型 簡單應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系超彈性材料模型超彈性材料模型 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confide

24、ntial. All rights reserved. MooneyRivlin超彈性材料模型 在簡單應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系超彈性材料模型超彈性材料模型 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved. Yeoh超彈性材料模型 簡單應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系超彈性材料模型超彈性材料模型 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved. Ogden超彈性材料模型 簡單應(yīng)力狀態(tài)

25、下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系超彈性材料模型超彈性材料模型 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved. MATHE可通過兩種方式定義超彈性材料 直接輸入簡單載荷下的實驗曲線，TAB1單軸拉伸，TAB2等雙軸拉伸，TAB4純剪，TABD體積應(yīng)變下的壓力曲線，OptiStruct會自動擬合多項式參數(shù)進行求解。 直接輸入多項式的各個參數(shù) MATHE可考慮各向同性熱變形 MATHE的體積模量通過NU或Di 計算，兩者只需要定義一個即可 如果兩者都沒有定義，NU默認為 0.495，兩者都定義，NU起作

26、用OptiStruct超彈性材料定義超彈性材料定義 - MATHE 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved. 通過多項式系數(shù)直接定義 通過實驗曲線直接定義MATHE定義定義 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved. 超彈性材料僅適用用實體單元 PLSOLID/PSOLID皆可引用MATHE，兩者結(jié)果相同超彈性單元屬性定義超彈性單元屬性定義 (1)(2)(3)

27、(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)PLSOLIDPIDMID PIDPLSOLID IDMID超彈性材料超彈性材料ID 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved. 在提供實驗曲線時，也可顯式指定某些系數(shù)為0MATHE定義定義 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved. 在不具備所有4種實驗曲線的情況下，也可用可獲得的實驗參數(shù)擬合多項式系數(shù)，該情況下推薦

28、使用Yeoh模型MATHE定義定義 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved. 單軸拉伸超彈性模型數(shù)值實驗結(jié)果對比超彈性模型數(shù)值實驗結(jié)果對比 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved. 雙軸拉伸超彈性模型數(shù)值實驗結(jié)果對比超彈性模型數(shù)值實驗結(jié)果對比 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential

29、. All rights reserved. 純剪超彈性模型數(shù)值實驗結(jié)果對比超彈性模型數(shù)值實驗結(jié)果對比 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved.Neo-Hookean 在小變形下，同實驗擬合結(jié)果很好 無法模擬后期大變形的剛度陡升段Mooney-Rivlin 在應(yīng)變小于100%時，可得到合理的結(jié)果 無法模擬后期大變形的剛度陡升段Yeoh (N=3) 在很大的變形范圍內(nèi)都可得到合理的結(jié)果 能模擬后期剛度急劇上升段 很少的實驗數(shù)據(jù)就可得到合理的數(shù)值結(jié)果，如只有單軸拉伸試驗結(jié)果Ogd

30、en (N) 建議N取3 可在較大的變形范圍內(nèi)得到較高精度的數(shù)值結(jié)果 能模擬后期剛度急劇上升 在實驗數(shù)據(jù)不足的情況下不建議使用，如只有單軸拉伸實驗結(jié)果超彈性模型比較超彈性模型比較 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved. 模型文件 002_rubber.fem 練習(xí)內(nèi)容 添加超彈性材料 添加PSOLID/PLSOLID屬性 為橡膠賦材料、屬性 創(chuàng)建非線性工況 提交計算查看結(jié)果練習(xí)練習(xí) 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and

31、Confidential. All rights reserved.OptiStruct非線性彈簧非線性彈簧 2018 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved. CBUSH1D+PBUSH1D 可分別定義受拉、受壓剛度曲線 如果只定義了受拉或受壓剛度曲線，默認拉、壓曲線對稱OptiStruct非線性彈簧非線性彈簧K線彈性剛度線彈性剛度B線性粘滯阻尼系數(shù)線性粘滯阻尼系數(shù)M彈簧質(zhì)量彈簧質(zhì)量SPRING剛度定義行標(biāo)志剛度定義行標(biāo)志TYPE非線性剛度曲線定義方式，采用方程非線性剛度曲線定義方式，采用方程EQUAT或離散點曲線（或離散點曲線（TABLE）IDT受拉力位移曲線定義受拉力位移曲線定義IDC受壓力位移曲線定義