部分详细的ls-dyna材料

LIVERMORESOFTWARETECHNOLOGYCORPORATIONLIVERMORESOFTWARETECHNOLOGYCORPORATION材料材料模拟本构行为模拟本构行为LIVERMORESOFTWARETECHNOLOGYCORPORATIONLIVERMORESOFTWARETECHNOLOGYCORPORATION材料建模材料建模ƒƒ选择适当的材料（本构）模型和材料常数通常是建模选择适当的材料（本构）模型和材料常数通常是建模中最重要也是最困难的部分中最重要也是最困难的部分..ƒƒ非线性材料行为的数值模型正在通过新的研究不断地非线性材料行为的数值模型正在通过新的研究不断地被开发和更新中被开发和更新中..ƒƒ非线性材料的性质不容易得到非线性材料的性质不容易得到..ƒƒ通过参照文献来发现材料数据可能很困难通过参照文献来发现材料数据可能很困难..ƒƒ可能需要进行专门的材料测试可能需要进行专门的材料测试..ƒƒ许多材料模型复杂和不容易理解，文献也很少许多材料模型复杂和不容易理解，文献也很少..LIVERMORESOFTWARETECHNOLOGYCORPORATIONLIVERMORESOFTWARETECHNOLOGYCORPORATIONLSLS--DYNADYNA中的各种材料模型中的各种材料模型ƒƒElasticElasticƒƒElasticElastic--PlasticPlasticƒƒOrthotropic/AnisotropicOrthotropic/AnisotropicƒƒHyperelastic(Rubber)Hyperelastic(Rubber)ƒƒFoamsFoamsƒƒCompositesCompositesƒƒViscoelasticViscoelasticƒƒHeart/LungHeart/LungƒƒAcousticmaterialAcousticmaterialƒƒFabricFabricƒƒConcrete/SoilConcrete/SoilƒƒHighExplosivesHighExplosivesƒƒLaminatedGlassLaminatedGlassƒƒRigidRigidƒƒUserUser--defineddefined参考LS-DYNA用户手册中的材料表.LIVERMORESOFTWARETECHNOLOGYCORPORATIONLIVERMORESOFTWARETECHNOLOGYCORPORATION弹性材料弹性材料ƒƒ**MAT_ELASTIC(_FLUID)MAT_ELASTIC(_FLUID)ƒƒ杨式模量和泊松比杨式模量和泊松比ƒƒ虎克定律虎克定律ƒƒ仅限于小应变仅限于小应变((最大可能到最大可能到3030--40%40%的应变的应变))ƒƒ对大的弹性应变使用下列模型对大的弹性应变使用下列模型ƒƒ超弹性材料（超弹性材料（HyperelasticHyperelastic））ƒƒ正交异性弹性（正交异性弹性（OrthotropicElasticOrthotropicElastic））ƒƒ简单流体材料模型的参数选项简单流体材料模型的参数选项ƒƒ体积模量体积模量,,黏性系数黏性系数,,气穴压力气穴压力LIVERMORESOFTWARETECHNOLOGYCORPORATIONLIVERMORESOFTWARETECHNOLOGYCORPORATION材料失效材料失效ƒƒ‘‘失效的失效的’’单元不再承受载荷并在计算中被删掉单元不再承受载荷并在计算中被删掉ƒƒ单元可用的失效准则单元可用的失效准则ƒƒ最小时间步长最小时间步长ƒƒ严重变形的单元经常预示着材料的失效，只能承受小的载荷。然而这些扭严重变形的单元经常预示着材料的失效，只能承受小的载荷。然而这些扭曲的单元会控制总体的时间步长，删除这些单元可以增大时间步长，减少曲的单元会控制总体的时间步长，删除这些单元可以增大时间步长，减少运行时间运行时间..ƒƒ在在**control_timestepcontrol_timestep中的中的ERODEERODE参数和参数和**control_terminationcontrol_termination中的中的DTMINDTMIN参数一起作用可以调用基于时间步长的失效准则，这种准则用于参数一起作用可以调用基于时间步长的失效准则，这种准则用于体单元和厚壳单元体单元和厚壳单元ƒƒ有些材料模型有自己的失效准则有些材料模型有自己的失效准则,,例如例如.,.,ƒƒ塑性模型的有效塑性应变塑性模型的有效塑性应变ƒƒ基于时间基于时间ƒƒ复合材料基于应力的失效准则复合材料基于应力的失效准则ƒƒ对于单点积分的体单元，使用关键字对于单点积分的体单元，使用关键字*MAT_ADD_EROSION*MAT_ADD_EROSION可以在任何材料可以在任何材料模型中增加各种各样的失效准则如压力模型中增加各种各样的失效准则如压力,,应力应力,,或者基于应变的准则或者基于应变的准则llLIVERMORESOFTWARETECHNOLOGYCORPORATIONLIVERMORESOFTWARETECHNOLOGYCORPORATION关于壳失效的附加注释关于壳失效的附加注释ƒƒ沿厚度方向的积分点能够渐进地失效，当某一个积分点满足沿厚度方向的积分点能够渐进地失效，当某一个积分点满足失效准则时，该积分点相应的应力降为失效准则时，该积分点相应的应力降为0.0.ƒƒ除非在材料模型的描述中另有说明，否则所有沿厚度方向的除非在材料模型的描述中另有说明，否则所有沿厚度方向的积分点都满足失效准则后壳才能被删除。积分点都满足失效准则后壳才能被删除。1金属的力学行为金属材料建模2单轴单向拉伸(1)Q在单轴载荷作用下，金属的拉伸可以看到以下几个阶段Q弹性段Q屈服Q塑性硬化Q颈缩Q断裂yσuσhardeningruptureonsetofneckingeσ3流体静力载荷Q在流体静压力作用下，Bridgman(1947,1952)通过一系列的实验得出以下结论Î即使在很高的压力下，体积也不发生永久改变–塑性不可压缩Î压力对屈服应力的影响微不足道xxσyyσzzσ4金属塑性的理想化金属材料建模5弹性-理想塑性Q可以方便地忽略工作硬化eεeσyddEσσεσ=,yσ6双线性弹塑性Q应力-应变曲线近似地用两根直线来表示Q杨氏模量和切向模量eεeσyddEσσεσ=,yσyTANddEσσεσ=,7指数塑性(指数定律)Q塑性硬化近似地用指数曲线来表示eεeσyddEσσεσ=,yσ()ynpynforkkσσεεεσ+==,8分段线性塑性Q硬化近似地用一组分段的直线来表示Q通常用离散的点来定义曲线eεeσyddEσσεσ=,yσ9金属的VonMises屈服准则QvonMises屈服准则是基于八面体剪应力原理，用主应力表示的Q对单轴的情况,()()()02231232221=−−+−+−=yfσσσσσσσ0=−=yfσσ10屈服面Q两维的情况(平面应力)下,可以得到Q在主应力空间,可以看到02212122=−−+=Yfσσσσσ0f0fYieldsurface,0=fStressStatenotvalid,Elasticdomain1σ2σ11单轴拉伸数据的说明金属材料建模12概要Q假设我们已经从单轴拉伸实验得到了力－变形曲线，通过下面的处理可以得到弹－塑性材料的性质Q产生工程应力/工程应变Q产生真实应力/真实应变Q清除弹性应变得到有效应力/有效塑性应变曲线13第一步:工程应力/应变曲线oAfAreaOriginalForceStressgEngineerin==oLdLengthOriginalLengthinChangeStraingEngineerin==eσeεoAfold提示:实验数据可能有数百个数据点，有时会包含一定的噪声，因此应该对应力应变数据进行光滑处理，使用最少的数据点来定义一条理想的曲线。14第二步:真实应力/应变曲线tσdeσeεoeAf=σold()eecoAAflAreaCurrentForceStresssCauchyStressTrueεσ+====1'()eollLengthCurrentLengthinChangeStrainTrueε+=⎟⎠⎞⎜⎝⎛==1lnln()eeεσ+1)1ln(eε+15第三步:去除弹性应变effσeffεxxvmeffStressEffectiveσσσ===EStrainEffectivexxxxσε−=16硬化曲线Q硬化曲线表明了屈服应力和有效塑性应变之间的函数关系Q对金属来说，真实应力是单调增加的effσeffε17应变率的影响金属材料建模18应变率影响Q金属的应变率影响其塑性行为Q材料性能的动态变化有时对预测结构的性能来说是很重要的effσeffεε&19应变率影响Q对于一个具体的分析，首先使用应变率无关的材料模型，通过分析确定材料应变率的范围Q按照这个范围，进行材料实验确定材料的应变率对其性能的动态影响QLSDYNA提供下列方法来考虑应变率的影响QCowper-SymondsQ指数定律Q屈服应力是应变率的函数Q表格输入对应不同应变率的硬化曲线20Cowper-SymondsQ动态的屈服应力是根据下列方程计算出来的QC和p是用户定义的变量QC和应变率有相同的单位Q例如，某一种特殊的钢，其C和P的值是40/s和621指数定律Q指数定律是使用下面的公式计算屈服应力QP参数‘n’决定应变率的缩放大小22屈服应力作为应变率的函数Q定义一根平面曲线表示屈服应力和应变率之间的函数关系(或者在某些情况下，定义静态屈服应力的缩放比例系数)ε&1.0屈服应力缩放系数23表格输入Q从数值角度来说是方便的，但是容易出错Q输入一系列的应力－应变曲线(每一根对应不同的应变率)24粘塑性Q通常建议用粘塑性来考虑应变率的影响Q有效应变的应变率是从应变率张量的塑性部分经过迭代计算得到的.Q减少有效应变率的噪声但会增加一点计算时间Q帮助得到在不同硬件平台下的一致结果Q在LS-DYNA中几乎所有的塑性材料模型都支持粘塑性应变率公式，在材料卡片中设置VP=1就可以调用粘塑性应变率公式。25LSDYNA中一些具体的塑性材料金属材料建模26*MAT_PLASTIC_KINEMATIC(mat_3)Q使用双线性曲线近似弹－塑性响应Q可容易地选择下面的硬化方式QIsotropic-HardeningQKinematic-HardeningQMixedQ可以选择使用Cowper-Symonds模型来考虑应变率的影响(可使用粘塑性应变率公式或者不用)Q可选择塑性应变失效(用于单元删除)Q不建议用于粗糙网格Q该模型效率高，可用于梁、壳和体。27*MAT_JOHNSON_COOK(mat_15)Q使用粘塑性应变率公式考虑应变率的影响Q材料中的内能可以转化为热能，材料有热软化效应Q可选择破坏模式Q只有通过LosAlamosNationalLaboratory才能得到某些材料的常数28*MAT_STRAIN_RATE_DEPENDENT_PLASTICITY(mat_19)Q各向同性,双线性塑性模型Q下列变量可以定义为有效应变率的函数QYoung’sModulus(如果VP=1则不可以)QYieldStressQTangentModulusQ失效参数,可以是下面几种中的一种:ÎVonMisesstressÎEffectiveplasticstrainÎMaximumprincipalstressQ该材料可用于shells/solids/thickshells29*MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY(mat_24)Q该模型是使用最多的弹－塑性材料模型Q提供以下选择:Q双线性弹－塑性,或者,Q使用多至8对有效应力vs.有效塑性应变数据点的硬化，或者,Q有效应力vs.有效应变的一般曲线Q使用下面的方法考虑应变率对屈服面的影响(有或者没有粘塑性应变率公式)：ÎCowper-Symo