Ls-dyna定義材料

1、Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual第第 4 章章 定義材料定義材料Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual001322本章目標本章目標完成本章后，學員應能夠掌握以下知識：完成本章后，學員應能夠掌握以下知識：1. 對對 ANSYS/LS-DYNA 中的材料模型有一個全面的認識中的材料模型有一個全面的認識2. 熟悉通過熟悉通過

2、GUI 輸入材料數(shù)據(jù)輸入材料數(shù)據(jù)3. 對特定材料模型的應用有所了解對特定材料模型的應用有所了解4. 學會在顯式動力分析中定義材料屬性學會在顯式動力分析中定義材料屬性Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual001322概述概述 材料模型材料模型ANSYS/LS-DYNA 包括有大量的材料模型，幾乎對所有應用都有對應包括有大量的材料模型，幾乎對所有應用都有對應的材料。的材料。相對于相對于 ANSYS隱式分析隱式分析, ANSYS/LS-DYNA 提供了相當大的材料庫

3、提供了相當大的材料庫ANSYS/LS-DYNA 提供了提供了 ANSYS implicit中不具備的特性中不具備的特性: 應變率相關塑性模型應變率相關塑性模型 溫度敏感塑性材料溫度敏感塑性材料 應力和應變失效準則模型應力和應變失效準則模型 空材料空材料 (用于鳥撞用于鳥撞) 狀態(tài)方程模型狀態(tài)方程模型Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual001322概述概述 材料模型材料模型 （續(xù)）（續(xù)） Linear ElasticIsotropic (with Fluid

4、Option)OrthotropicAnisotropicPlasticityRate Independent (2)Rate Sensitive (8)Composite Damage Concrete OtherRigid bodiesCablesFluidNonlinear ElasticBlatz-Ko Rubber Mooney-Rivlin ViscoelasticFoamIsotropic (4)Orthotropic Equation of State Temp. & strain rate dependent plasticityNull materialsExpli

5、cit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual001322GUI 材料輸入描述材料輸入描述所有所有ANSYS/LS-DYNA支持的材料模型都具有支持的材料模型都具有 GUI 格式格式新的新的 GUI 允許優(yōu)化材料模型允許優(yōu)化材料模型過濾的過濾的 GUI 菜單只要求添加相關數(shù)據(jù)菜單只要求添加相關數(shù)據(jù)Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual00132

6、2GUI 材料輸入步驟材料輸入步驟1: 增加新的材料模型增加新的材料模型Preprocessor: Material Props Define MAT Model Add2: 選擇所要材料模型選擇所要材料模型 確保輸入正確材料號確保輸入正確材料號 選擇模型所屬類別選擇模型所屬類別 (如塑性如塑性) 選擇需要的材料模型選擇需要的材料模型 Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual001322GUI 材料輸入步驟（續(xù)）材料輸入步驟（續(xù)）3: 輸入相關數(shù)據(jù)輸入相關數(shù)據(jù)對

7、于幾乎所有的材料模型都需要對于幾乎所有的材料模型都需要 DENS, EX和和 NUXY 命令命令 Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual001322GUI 材料輸入步驟（續(xù)）材料輸入步驟（續(xù)）對于對于 ANSYS/LS-DYNA 中的一些材料模型中的一些材料模型,需要輸入載荷曲線需要輸入載荷曲線. 例如屈服例如屈服應力與塑性應變之間的關系曲線等應力與塑性應變之間的關系曲線等.載荷曲線由載荷曲線由 EDCURVE 命令定義命令定義:Preprocessor: M

8、aterial props Curve Options . Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual001322材料模型材料模型 線彈性線彈性有有3種線彈性材料模型種線彈性材料模型:彈性彈性 (各向同性各向同性) : 所有方向的材料特性相同所有方向的材料特性相同正交各向異性正交各向異性 : 特性具有特性具有 3 個相互垂直的對稱面?zhèn)€相互垂直的對稱面各向異性各向異性 : 材料中各個點處的特性是獨立的材料中各個點處的特性是獨立的線彈性材料不經(jīng)歷任何塑性變形，由虎克定

9、律定義變形線彈性材料不經(jīng)歷任何塑性變形，由虎克定律定義變形 彈性材料彈性材料 (各向同性各向同性) 材料材料:大多數(shù)工程金屬是各向同性的大多數(shù)工程金屬是各向同性的 (如鋼鐵如鋼鐵)簡單地由簡單地由 DENS, EX,和和NUXY定義定義jijIc Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual001322材料模型材料模型 線彈性（續(xù)）線彈性（續(xù)）正交各向異性正交各向異性一般一般 用用9 個獨立參數(shù)和個獨立參數(shù)和 DENS定義正交各向異性材料定義正交各向異性材料橫向各向

10、同性材料（一種特殊的正交各向異性）由橫向各向同性材料（一種特殊的正交各向異性）由 5個獨立常數(shù)個獨立常數(shù) (EXX, EZZ, NUXY, NUXZ, GXY) 和和DENS定義定義正交各向異性材料根據(jù)特定的坐標系來定義正交各向異性材料根據(jù)特定的坐標系來定義1. 拾取拾取 Linear Elastic Orthotropic2. 輸入相關材料常數(shù)和密度輸入相關材料常數(shù)和密度3. 輸入局部坐標系輸入局部坐標系 ID ，局部坐標系由局部坐標系由 EDLCS 命令或以下菜單確命令或以下菜單確定定: Preprocessor: Material Props Local CS Create Local

11、CSExplicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual001322材料模型材料模型 線彈性（續(xù)）線彈性（續(xù)）各向異性各向異性:各向異性材料由各向異性材料由 21 個獨立參數(shù)和個獨立參數(shù)和 DENS定義定義1. 選擇選擇Linear Elastic Anisotropic2. 輸入?yún)?shù)與密度輸入?yún)?shù)與密度3. 輸入坐標系輸入坐標系 IDExplicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADY

12、NATraining Manual001322材料模型材料模型 非線性彈性非線性彈性在非線性彈性材料組中有在非線性彈性材料組中有3種模型種模型 :Blatz-Ko : 用于像橡膠一樣的可壓縮材料用于像橡膠一樣的可壓縮材料 Mooney Rivlin : 用于定義不可壓縮橡膠材料用于定義不可壓縮橡膠材料Viscoelastic : 定義玻璃類材料定義玻璃類材料非線性彈性材料可以經(jīng)受大的可恢復的彈性變形非線性彈性材料可以經(jīng)受大的可恢復的彈性變形Blatz-Ko 橡膠材料只用于受壓橡膠材料橡膠材料只用于受壓橡膠材料泊松比泊松比 (NUXY) ANSYS自動設為自動設為 .463, 因此只需要因此只需

13、要 DENS 和和GXY材料響應通過應變能量密度函數(shù)材料響應通過應變能量密度函數(shù) (W)確定確定:. 32invariants strain the areandwhere522332IIIGxyWBlatz-Ko Rubber:Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual001322材料模型材料模型 非線性彈性非線性彈性(續(xù)）續(xù)） 用來定義不可壓縮橡膠材料響應用來定義不可壓縮橡膠材料響應 Mooney-Rivlin 模型類似于模型類似于ANSYS隱式隱式 的的 2

14、 參數(shù)模型參數(shù)模型 需要輸入需要輸入DENS, NUXY和和 Mooney-Rivlin 常數(shù)常數(shù) C10與與 C01 為保證不可壓縮行為為保證不可壓縮行為, NUXY 的值設在的值設在 .49和和 .5之間之間 材料響應通過材料響應通過 應變能量密度函數(shù)應變能量密度函數(shù) (W)定義定義:式中式中 1 , 2 ,和和 3 為應變不變量，為應變不變量， K 為體積模量為體積模量.2320111015 .3C3CWMooney-Rivlin:Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATrainin

15、g Manual001322材料模型材料模型 非線性彈性非線性彈性(續(xù)）續(xù)）剪切關系由下式描述剪切關系由下式描述:除了密度除了密度 DENS, 還需輸入以下參數(shù)還需輸入以下參數(shù):Go = The short term (origin) elastic shear modulusG = The long term (infinity) elastic shear modulusK = elastic bulk modulus1/ = decay constantViscoelastic: toe)GG(GtGExplicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dyn

16、amics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual001322材料模型材料模型 塑性塑性在在 ANSYS/LS-DYNA 中有中有11種塑性模型種塑性模型模型的選擇取決于要分析的材料和可以得到的材料參數(shù)模型的選擇取決于要分析的材料和可以得到的材料參數(shù).大多數(shù)高度非線性有限元分析的精度取決于所使用的材料參數(shù)大多數(shù)高度非線性有限元分析的精度取決于所使用的材料參數(shù). 要得要得到好的分析結果，需要使用精確的材料參數(shù)到好的分析結果，需要使用精確的材料參數(shù).塑性模型可以分為塑性模型可以分為3大類：大類：類別類別1: 各向同性材料應變率無關塑性材料模型各向同性材料應變率無

17、關塑性材料模型 (3)類別類別 2: 各向同性應變率相關塑性模型各向同性應變率相關塑性模型 (5)類別類別3: 各向異性應變率相關塑性模型各向異性應變率相關塑性模型 (3)位于不同的類別內(nèi)的材料模型之間區(qū)別很大，但在一個類別內(nèi)的材料位于不同的類別內(nèi)的材料模型之間區(qū)別很大，但在一個類別內(nèi)的材料模型差別不大，通常只是可獲得的材料參數(shù)不同模型差別不大，通常只是可獲得的材料參數(shù)不同.Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual001322材料模型材料模型 塑性塑性: 類別類

18、別 1 類別類別1: 各向同性應變率無關塑性模型各向同性應變率無關塑性模型有有3個基本的應變率無關塑性模型個基本的應變率無關塑性模型 : a. 經(jīng)典雙線性隨動硬化經(jīng)典雙線性隨動硬化 (BKIN) b. 經(jīng)典雙線性各向同性硬化經(jīng)典雙線性各向同性硬化 (BISO) c. 彈性塑性流體動力彈性塑性流體動力 (HYDRO)這些模型用彈性模量這些模型用彈性模量 (EX) 和切線模量和切線模量 (ETAN) 來表示材料的應力來表示材料的應力-應應變關系變關系應變率無關模型通常用于像板金成型一類的總的成型過程相對長的計應變率無關模型通常用于像板金成型一類的總的成型過程相對長的計算中。算中。所有所有3個模型可

19、以用于大多數(shù)工程金屬（鋼、鋁、鑄鐵等個模型可以用于大多數(shù)工程金屬（鋼、鋁、鑄鐵等)BKIN與與 BISO 模型之間唯一的區(qū)別是硬化假設，模型之間唯一的區(qū)別是硬化假設， 隨動硬化假定二次隨動硬化假定二次屈服在屈服在 2 y時出現(xiàn)時出現(xiàn) ，而等向硬化出現(xiàn)在，而等向硬化出現(xiàn)在2 maxExplicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual001322材料模型材料模型 塑性塑性: 類別類別 1（續(xù)）（續(xù)）BKIN 和和BISO 模型要輸入的參數(shù)類似模型要輸入的參數(shù)類似: DENS,

20、EX, NUXY, Yield Stress ( y), 和和 Tangent Modulus (Etan)Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual001322材料模型材料模型 塑性塑性: 類別類別 1（續(xù)）（續(xù)）Elastic-Plastic Hydrodynamic適用于經(jīng)受大變形乃至失效的材料適用于經(jīng)受大變形乃至失效的材料如果沒有指定有效真實應力與應變?nèi)绻麤]有指定有效真實應力與應變, 則認為是等向硬化則認為是等向硬化 ， 需要指定需要指定 y 和和 Eta

21、n 來定義屈服強度來定義屈服強度 ，塑性硬化模塑性硬化模量量 Eh 由由E和和 Etan 定義定義 .tthEEEEE應力應變行為也可以用最多 16個數(shù)據(jù)點來定義.需要指定一個線性多項式方程.phoyEExplicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual001322材料模型材料模型 塑性塑性: 類別類別 2 類別類別 2: 各向同性應變率相關塑性材料各向同性應變率相關塑性材料對于各向同性材料有對于各向同性材料有5種應變率相關塑性模型種應變率相關塑性模型 :a. 塑性隨動塑性

22、隨動: 帶有失效應變的帶有失效應變的Cowper-Symonds 模型模型b. 率敏感率敏感: 帶有強度和硬化系數(shù)的帶有強度和硬化系數(shù)的Cowper-Symonds 模型模型c. 分段線性分段線性: 帶有多線性曲線和失效應變的帶有多線性曲線和失效應變的Cowper-Symonds d. 率相關率相關:用載荷曲線和失效應力定義的用載荷曲線和失效應力定義的 應變率應變率e. 冪法則冪法則: 用于超塑成型的用于超塑成型的Ramburgh-Osgood 模型模型模型模型 2a - 2c 使用使用 Cowper-Symonds 模型在應變率的基礎上縮比屈服應力模型在應變率的基礎上縮比屈服應力 : 其中：

23、其中： C ，P 是是 Cowper-Symonds 常數(shù)常數(shù).由于彈性模量、屈服應力、切線模量和失效應力都可以作為應變的函數(shù)輸入，模型由于彈性模量、屈服應力、切線模量和失效應力都可以作為應變的函數(shù)輸入，模型 2d 是是最普通的應變率模型。最普通的應變率模型。 模型模型 2a-2d 可以用于一般的金屬和各向同性材料塑性成型分析可以用于一般的金屬和各向同性材料塑性成型分析模型模型 2e 是專用于超塑成型的特殊材料模型是專用于超塑成型的特殊材料模型.P1C1 Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADY

24、NATraining Manual0013222a. Plastic Kinematic:材料模型材料模型 塑性塑性: 類別類別 2（續(xù)）續(xù)）雙線性硬化模型雙線性硬化模型 ( y and Etan)硬化參數(shù)硬化參數(shù) 在在 0 (kinematic) 和和 1 (isotropic)之之間間失效應變決定刪除失效單元失效應變決定刪除失效單元.屈服函數(shù)屈服函數(shù) :effo1EC1pPPy 其中其中 0 是初始屈服應力是初始屈服應力 peff 等效塑性應變等效塑性應變,Ep 塑性硬化模量，由此公式確定塑性硬化模量，由此公式確定 :tantanPEEEEEExplicit Dynamics with A

25、NSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual0013222b. 率相關率相關:材料模型材料模型 - 塑性類別塑性類別 2具有雙線性等向硬化的塑性行為具有雙線性等向硬化的塑性行為用強度系數(shù)用強度系數(shù)K和硬化系數(shù)和硬化系數(shù)N定義的冪定義的冪法則法則屈服函數(shù)如下定義屈服函數(shù)如下定義: e 是彈性應變是彈性應變npePyeff1kC1 Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual0013222

26、c. 分段線性分段線性:材料模型材料模型 - 塑性：類別塑性：類別 2用等效應力與有效塑性應變載荷曲線用等效應力與有效塑性應變載荷曲線ID號定義的應號定義的應力應變行為力應變行為類似于類似于ANSYS隱式分析中的隱式分析中的 TB, MISO 模型模型對于需要刪除單元的模型可以輸入失效應變對于需要刪除單元的模型可以輸入失效應變最常用于碰撞模擬最常用于碰撞模擬.屈服面由由屈服面由由 Cowper-Symonds 模型針對率相關進模型針對率相關進行縮比行縮比.Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual0013222d. 率相關率相關:材料模型材料模型-塑性塑性: 類別類別 2大多數(shù)普通應變率塑性模型均屬此類大多數(shù)普通應變率塑性模型均屬此類 y, E, Etan, 和和 fail都可以是率相關的