LS-DYNA-5材料模式課件

第5章

材料模式及狀態(tài)方程1精選2021版課件本章目標(biāo)1.對(duì)ANSYS/LS-DYNA中的材料模型有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)2.熟悉通過GUI輸入材料數(shù)據(jù)3.對(duì)特定材料模型的應(yīng)用有所了解4.學(xué)會(huì)在顯式動(dòng)力分析中定義材料屬性5.了解材料模式與狀態(tài)方程的關(guān)系6.LS-DYNA其他的材料模式2精選2021版課件概述–材料模型 ANSYS/LS-DYNA包括有大量的材料模型，幾乎對(duì)所有應(yīng)用都有對(duì)應(yīng)的材料相對(duì)于ANSYS隱式分析,ANSYS/LS-DYNA提供了相當(dāng)大的材料庫ANSYS/LS-DYNA提供了ANSYSimplicit中不具備的特性:應(yīng)變率相關(guān)塑性模型 溫度敏感塑性材料應(yīng)力和應(yīng)變失效準(zhǔn)則模型空材料狀態(tài)方程模型3精選2021版課件概述–材料模型 （續(xù)）LinearElasticIsotropic(withFluidOption)OrthotropicAnisotropicPlasticityRateIndependent(2)RateSensitive(8)CompositeDamageConcreteOtherRigidbodiesCablesFluidNonlinearElasticBlatz-KoRubberMooney-RivlinViscoelasticFoamIsotropic(4)OrthotropicEquationofStateTemp.&strainratedependentplasticityNullmaterials4精選2021版課件GUI材料輸入描述所有ANSYS/LS-DYNA支持的材料模型都具有GUI格式新的GUI允許優(yōu)化材料模型過濾的GUI菜單只要求添加相關(guān)數(shù)據(jù)5精選2021版課件GUI材料輸入步驟1:增加新的材料模型Preprocessor:MaterialProps>DefineMATModel>Add

2:選擇所要材料模型確保輸入正確材料號(hào)選擇模型所屬類別(如塑性)選擇需要的材料模型6精選2021版課件GUI材料輸入步驟（續(xù)）3:輸入相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)于幾乎所有的材料模型都需要DENS,EX和NUXY命令7精選2021版課件GUI材料輸入步驟（續(xù)）對(duì)于ANSYS/LS-DYNA中的一些材料模型,需要輸入載荷曲線.例如屈服應(yīng)力與塑性應(yīng)變之間的關(guān)系曲線等.載荷曲線由EDCURVE命令定義:Preprocessor:Materialprops>CurveOptions...8精選2021版課件材料模型–線彈性有3種線彈性材料模型:彈性(各向同性):所有方向的材料特性相同正交各向異性:特性具有3個(gè)相互垂直的對(duì)稱面各向異性:材料中各個(gè)點(diǎn)處的特性是獨(dú)立的線彈性材料不經(jīng)歷任何塑性變形，由虎克定律定義變形

彈性材料(各向同性)材料:大多數(shù)工程金屬是各向同性的(如鋼鐵)簡(jiǎn)單地由DENS,EX,和NUXY定義9精選2021版課件材料模型–線彈性（續(xù)）正交各向異性一般用9個(gè)獨(dú)立參數(shù)和DENS定義正交各向異性材料橫向各向同性材料（一種特殊的正交各向異性）由5個(gè)獨(dú)立常數(shù)(EXX,EZZ,NUXY,NUXZ,GXY)和DENS定義正交各向異性材料根據(jù)特定的坐標(biāo)系來定義1.拾取LinearElastic>Orthotropic2.輸入相關(guān)材料常數(shù)和密度3.輸入局部坐標(biāo)系ID，局部坐標(biāo)系由EDLCS命令或以下菜單確定:

Preprocessor:MaterialProps>LocalCS>CreateLocalCS10精選2021版課件材料模型–線彈性（續(xù)）各向異性:各向異性材料由21個(gè)獨(dú)立參數(shù)和DENS定義1.選擇LinearElastic>Anisotropic2.輸入?yún)?shù)與密度3.輸入坐標(biāo)系ID11精選2021版課件材料模型–非線性彈性在非線性彈性材料組中有3種模型:Blatz-Ko:用于像橡膠一樣的可壓縮材料MooneyRivlin:用于定義不可壓縮橡膠材料Viscoelastic:定義玻璃類材料非線性彈性材料可以經(jīng)受大的可恢復(fù)的彈性變形Blatz-Ko橡膠材料只用于受壓橡膠材料泊松比(NUXY)ANSYS自動(dòng)設(shè)為.463,因此只需要DENS和GXY材料響應(yīng)通過應(yīng)變能量密度函數(shù)(W)確定:Blatz-KoRubber:12精選2021版課件材料模型–非線性彈性(續(xù)）用來定義不可壓縮橡膠材料響應(yīng)Mooney-Rivlin模型類似于ANSYS隱式的2參數(shù)模型

需要輸入DENS,NUXY和Mooney-Rivlin常數(shù)C10與C01為保證不可壓縮行為,NUXY的值設(shè)在.49和.5之間材料響應(yīng)通過應(yīng)變能量密度函數(shù)(W)定義:式中1,

2,和

3為應(yīng)變不變量，K為體積模量.Mooney-Rivlin:13精選2021版課件材料模型–非線性彈性(續(xù)）剪切關(guān)系由下式描述:除了密度DENS,還需輸入以下參數(shù):Go

=Theshortterm(origin)elasticshearmodulusG

=Thelongterm(infinity)elasticshearmodulusK =elasticbulkmodulus1/

=decayconstantViscoelastic:14精選2021版課件材料模型–塑性在ANSYS/LS-DYNA中有11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).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).要得到好的分析結(jié)果，需要使用精確的材料參數(shù).塑性模型可以分為3大類：類別1:各向同性材料應(yīng)變率無關(guān)塑性材料模型(3)類別2:各向同性應(yīng)變率相關(guān)塑性模型(5)類別3:各向異性應(yīng)變率相關(guān)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(gè)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.15精選2021版課件材料模型–塑性:類別1類別1:各向同性應(yīng)變率無關(guān)塑性模型有3個(gè)基本的應(yīng)變率無關(guān)塑性模型:a.經(jīng)典雙線性隨動(dòng)硬化(BKIN)b.經(jīng)典雙線性各向同性硬化(BISO)c.彈性塑性流體動(dòng)力(HYDRO)這些模型用彈性模量(EX)和切線模量(ETAN)來表示材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系應(yīng)變率無關(guān)模型通常用于像板金成型一類的總的成型過程相對(duì)長的計(jì)算中。所有3個(gè)模型可以用于大多數(shù)工程金屬（鋼、鋁、鑄鐵等)BKIN與BISO模型之間唯一的區(qū)別是硬化假設(shè)，隨動(dòng)硬化假定二次屈服在2

y時(shí)出現(xiàn)，而等向硬化出現(xiàn)在2

max16精選2021版課件材料模型–塑性:類別1（續(xù)）BKIN和BISO模型要輸入的參數(shù)類似:DENS,EX,NUXY,YieldStress(

y),和TangentModulus(Etan)17精選2021版課件材料模型–塑性:類別1（續(xù)）Elastic-PlasticHydrodynamic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(shí)應(yīng)力與應(yīng)變,則認(rèn)為是等向硬化，需要指定sy和Etan來定義屈服強(qiáng)度，塑性硬化模量Eh由E和Etan定義

.應(yīng)力應(yīng)變行為也可以用最多16個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)來定義.需要指定一個(gè)線性多項(xiàng)式方程.18精選2021版課件材料模型–塑性:類別2類別2:各向同性應(yīng)變率相關(guān)塑性材料對(duì)于各向同性材料有5種應(yīng)變率相關(guān)塑性模型:a.塑性隨動(dòng):帶有失效應(yīng)變的Cowper-Symonds模型b.率敏感:帶有強(qiáng)度和硬化系數(shù)的Cowper-Symonds模型c.分段線性:帶有多線性曲線和失效應(yīng)變的Cowper-Symondsd.率相關(guān):用載荷曲線和失效應(yīng)力定義的應(yīng)變率e.冪法則:用于超塑成型的Ramburgh-Osgood模型模型2a-2c使用Cowper-Symonds模型在應(yīng)變率的基礎(chǔ)上縮比屈服應(yīng)力:其中：C，P是Cowper-Symonds常數(shù).由于彈性模量、屈服應(yīng)力、切線模量和失效應(yīng)力都可以作為應(yīng)變的函數(shù)輸入，模型2d是最普通的應(yīng)變率模型。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模型2e是專用于超塑成型的特殊材料模型.19精選2021版課件2a.PlasticKinematic:材料模型–塑性:類別2（續(xù)）雙線性硬化模型(

yandEtan)硬化參數(shù)

在0(kinematic)和1(isotropic)之間失效應(yīng)變決定刪除失效單元.屈服應(yīng)力:其中

0是初始屈服應(yīng)力

peff等效塑性應(yīng)變, Ep塑性硬化模量，由此公式確定:20精選2021版課件2b.率敏感：材料模型-塑性類別2具有雙線性等向硬化的塑性行為用強(qiáng)度系數(shù)K和硬化系數(shù)N定義的冪法則屈服函數(shù)如下定義:

e是彈性應(yīng)變21精選2021版課件2c.分段線性:材料模型-塑性：類別2用等效應(yīng)力與有效塑性應(yīng)變載荷曲線ID號(hào)定義的應(yīng)力應(yīng)變行為類似于ANSYS隱式分析中的TB,MISO模型對(duì)于需要?jiǎng)h除單元的模型可以輸入失效應(yīng)變最常用于碰撞模擬.屈服面由由Cowper-Symonds模型針對(duì)率相關(guān)進(jìn)行縮比.22精選2021版課件2d.率相關(guān):材料模型-塑性:類別2大多數(shù)普通應(yīng)變率塑性模型均屬此類

y,E,Etan,和

fail都可以是率相關(guān)的給定塑性應(yīng)變率后的應(yīng)力如下定義:where LCID1=defines

yasafunctionof LCID2=definesEasafunctionof LCID3=definesEtanasfunctionof LCID4=defineseffectivevonMisesstressatfailureasafunctionof23精選2021版課件其它常用的材料模式*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_plastic（橫向各向異性金屬材料）*mat_fabric（氣囊、絲織物）*mat_composite_failure_options_model（實(shí)體或殼復(fù)合材料）*mat_seatbelt（安全帶材料）*mat_thermal_options（材料熱物理參數(shù)）*user_defined_material_models（用戶自定義材料的參數(shù)輸入）24精選2021版課件狀態(tài)方程的使用在LS-DYNA中，常規(guī)條件下的結(jié)構(gòu)材料，不使用狀態(tài)方程流體，使用狀態(tài)方程高速、高壓變形的結(jié)構(gòu)材料需附帶狀態(tài)方程。狀態(tài)方程：僅用于描述材料的體積變形行為：

p=f(v,r,E,T)

v:相對(duì)體積

r:密度

E:內(nèi)能

T:溫度結(jié)構(gòu)材料在高壓（6~10Gpa）或高速（100m/s以上）碰撞等變形條件下，采用狀態(tài)方程物質(zhì)燃燒等化學(xué)反應(yīng)過程必須由狀態(tài)方程控制。25精選2021版課件常用的狀態(tài)方程*eos_linear_polynomial(線性多項(xiàng)式)*eos_jwl（炸藥）*eos_gruneisen（結(jié)構(gòu)材料）*eos_ignition_and_growth_of_reaction_in_he（推進(jìn)劑燃燒）*eos_tabulated（列表方式）26精選2021版課件材料本構(gòu)總結(jié)1.對(duì)于每種單元類型，未必能夠使用所有的材料