ADINA-第3章-物理模型

第三章物理模型定义主要内容1.材料模式（ADINA、ADINA-T、ADINA-F）2.单元类型（ADINA、ADINA-T、ADINA-F）3.定义几何属性4.定义边界与载荷条件菜单：ModelMaterials图标：ADINA采用材料表（MaterialTable）方式管理模型中的材料定义，每种材料具有唯一的材料标号，将在单元组（ElementGroup）定义中引用；材料模式总体说明说明：1.针对不同的模块，定义材料参数的菜单和图标是相同的；2.针对不同模块，材料的本构不同，需要的参数也不同；3.任何几何元素必须要有材料的定义才能够进行分析（离散单元除外）；几何体赋予何种材料特性的操作是由网格划分时指定的ElementGroup确定的；4.由Nastran等有限元数据接口读入的有限元模型中不同材料的单元都自动属于不同的ElementGroup；材料模式总体说明ADINA结构模块的材料模式材料模式ADINA线弹非线弹塑性热本构蠕变橡胶/泡沫粘弹垫片材料势流体岩土混凝土多孔介质用户定义…材料模式ADINA结构材料总体说明结构材料表各向同性弹性：弹性模量：Young’sModule泊松比：Possion’sratio密度：Desity热膨胀系数：Coef.Ofthermal说明：1.必须指定弹性模量和泊松比；2.当进行静力分析时，密度可以不输入；当进行动力分析时，必须指定密度；3.当进行线性热－结构耦合分析时(通常仅在结构模块中施加已知的温度分布)，必须指定热膨胀系数；4.不必输入的数据用0替代；5.此材料适用于小应变分析中；材料模式ADINA-弹性材料－Isotropic正交各向异性材料：弹性模量：包括a，b，c三个材料主轴方向模量泊松比：包括ab，ac，bc三个泊松比剪切模量：包括ab，ac，bc三个方向剪切模量密度：说明：1.当进行3D分析时，必须指定所有参数，除静力分析不必给定密度外；2.当进行2D分析时，要指定弹性模量泊松比以及ab向剪切模量共7个参数；3.Wrinkling选项用于模拟丝织物的面内失稳起皱现象；材料模式ADINA-弹性材料－Orthotropic非线性弹性材料:此非线性弹性材料通过输入应力－应变关系曲线；应力应变曲线可以在参数表中输入，也可以给定已经定义的曲线的标号；另外一个参数是密度；说明：用于TRASS单元，常用来模拟物理条件中非线性弹簧或Gap；材料模式ADINA-弹性材料－Nonlinear用于Gap模拟的材料曲线用于非线性弹簧模拟的材料曲线yy双线性塑性:必须输入参数：弹性模量；泊松比；屈服应力；切线模量；硬化方式（Transverse或Isotropic方式任选其一）从平面看，各向同性硬化方式，屈服圆位于中心，逐步扩大；随动硬化方式屈服圆大小保持不变，但中心位置发生移动。随动硬化这种特性导致受拉后反向加载屈服应力降低现象，称为包兴格效应。以上参数可以确定双线性弹塑性材料曲线，如右图。随动硬化方式反向加载各向同性硬化方式反向加载材料模式ADINA-塑性材料－双线性塑性BilinearADINA-塑性材料－双线性塑性Bilinear材料输入实例材料模式其它参数：密度：动力分析输入；极限应变（Max.AllowableeffectiveStrain）：考虑材料破坏时输入；热膨胀系数：考虑热－结构耦合线性分析中指定；应变率强化参数b（StrainHardeningParameter）：考虑应变率强化效应时输入，如右式中所示；考虑应变率效应时，也可以通过输入不同应变率水平下的一组strain-stress曲线，由ADINA求解时自动计算b值；应变率对当前屈服应力的影响ADINA-塑性材料－双线性塑性Bilinear材料模式多线性塑性材料(MultiLinear)：与双线性塑性类似，只是在加载和卸载过程中呈现多线性特征；yy随动硬化方式反向加载各向同性硬化方式反向加载说明：1.通过strain-stress曲线定义，不再具有确定切线模量的参数；2.应变率效应的算法同双线性模型。ADINA-塑性材料－多线性塑性Multilinear材料模式输入材料参数示例说明：应力－应变曲线一般存为TXT文件，需要时可以自动读入；ADINA-塑性材料－多线性塑性Multilinear材料模式正交各向异性塑性材料(Orthotropic)：必须输入参数包括：弹性模量（a,b,c）泊松比(ab,ac,bc)剪切模量(ab,ac,bc)屈服应力（三个单拉a,b,c，三个纯剪切ab,ac,bc）Hill参数：1.由初始屈服应力计算得到；或2.输入Lankford系数，即R0，R45，R90；或3.直接输入Hill方程的常数（共6个）；硬化模量（StrainHardenModuli）：三种方式任选其一,其中StrainHardenModuli方式必须指定六个方向的硬化模量；ADINA-塑性材料－各向异性塑性Orthotropic说明：此材料模式常用于模拟各向异性特征明显的板成形冷轧钢板或纤维增强复合材料板等；材料模式MrozBilinear(双线性塑性模型):输入的参数要确定：弹性模型；泊松比；切线模量1；Et切线模量2；Etb初始屈服应力；0yADINA-塑性材料－Mroz双线性材料说明：加载卸载路径严格位于上下BoundingLine之间，卸载采用特殊规则。材料模式Gurson塑性模型:说明：1.Gurson是一种基于微尺度材料的描述，主要用来模拟韧性材料受载下的空穴集聚和断裂等材料研究；2.采用特殊的屈服函数，将材料中的空穴体积和压力作为变量；参考理论手册3.4.5；3.用于2D、3D实体单元；ADINA-塑性材料－Mroz双线性材料输入参数包括：弹性模量；泊松比；屈服应力；初始空穴体积分数；材料模式ADINA-塑性材料－Mroz双线性材料Ilyushin双线性塑性模型：说明：1.采用Ilyushin屈服准则和流动准则；2.其它特征与简单双线性模型相同；Ilyushin屈服准则(为Ilyushin数)输入参数：弹性模量；泊松比；屈服应力；Ilyushin数；切线模量；密度；材料模式非线性温度相关材料：共分为三种类型，参考温度无关材料模式：各向同性弹性材料正交各向异性弹性材料各向同性塑性材料说明：1.几种材料类似，都采用输入不同温度下的结构性能确定其本构特性，如右图是一种弹塑性材料的输入数据；2.不同温度之间的结构特性由插值方法获得。1300K600K293KADINA-温度相关材料Thermo0温度相关材料结构参数定义方式材料模式蠕变（Creep）材料：说明：1.蠕变材料中应变最多可包括热应变、时间相关的塑性应变、时间相关的蠕变应变；2.提供四种方式计算蠕变应变：分别称为Law1～Law3(主要用于金属材料)和Lubby2（主要用于岩土、混泥土长期蠕变）模型；见右侧模型；3.可以选择应变硬化（StrainHardening）和时间硬化（TimeHardening）两种方式；ADINA-蠕变Creep材料210aactaeLaw1，输入3参数：Law2，输入7参数：GteFeRtc)1(10aeaF4)(32aaaR65aeaG其中：HceTSe10aaS64253aaatatatT16.2737aHLaw3，输入8参数：其中：材料模式输入三参数的破坏模型)(1)()()(exp)(1kMkkkcGttGGemMMe*)(11*)(kkkeGG2*)(kkkeLubby2，输入6参数：其中：说明(续):4.可以考虑蠕变破坏（Rapture），共有两个方式输入材料极限数据：曲线输入；另一种是输入三个材料参数，通过应力不变量定义的破坏模型，如下；ADINA-蠕变Creep材料材料模式ADINA-蠕变Creep材料三参数蠕变输入参数示例材料模式ADINA-蠕变变参数材料（CreepVariable）蠕变变参数材料模型（CreepVariable）：说明：1.与前面的Creep模型类似，主要使用Law3和Lubby2蠕变应变算法；2.区别是Law3和Lubby2中所有参数（在Creep模型中为常数），可以随温度变化；材料模式高次MooneyRivlin橡胶材料：MooneyRivlin橡胶的应变能函数材料参数包括：C1～C9D1～D2体积模量说明：1.当只输入C1时，方程为简单弹性；2.当只输入C1和C2时，方程为标准的两项Mooney－Rivlin方程；3.D1～D2通常在模拟生物肌体（Tissue）时采用；ADINA－橡胶/泡沫－MooneyRivlin材料模式高阶Ogden橡胶材料：材料参数包括:Ogden橡胶的应变能函数1～9；1～9；体积模量；ADINA－橡胶/泡沫－Ogden材料模式说明：当只输入1～3，1～3时，方程为标准的6参数Ogden应变能方程。ArrudaBoyce橡胶材料：ADINA－橡胶/泡沫－ArrudaBoyce材料模式ArrudaBoyce橡胶的应变能函数输入参数包括：初始剪切模量；材料常数m；Hyperfoam泡沫材料：ADINA－橡胶/泡沫－HyperFoam材料模式材料参数：n；n；n；N最大值为9；说明：1.用于模拟高可压缩泡沫材料；2.由Ogden模型导出，考虑体积应变；3.变形能函数包含独立的剪切变形和体积变形项；Hyperfoam泡沫材料的应变能函数以上材料方程中的常数可以直接输入，也可以由单轴拉伸、纯剪、等双轴拉伸试验数据自动拟合出来；可给出任何一个试验曲线或所有试验曲线。输入试验的曲线数据可以是工程应变或伸长比与拉力的关系；试验曲线拟合成应变能函数则提供很多算法；可参考理论手册中3.8.5。试验曲线拟合ADINA－橡胶/泡沫－几点说明材料模式单元选择各种橡胶材料基本为不可压缩材料（泊松比接近0.5），用户可选择使用u/p单元；粘弹效应（Viscoelastic）1.以时间变形表示橡胶材料的模量衰减，采用Maxwell松弛函数或Kelvin蠕变函数表示模量衰减特性；2.粘弹项分解为等体积（剪切）变形（isochoricdeformation）和体积变形（volumetricdeformation）两部分；所有的橡胶/泡沫类材料都可以包含粘弹效应；即：ADINA－橡胶/泡沫－几点说明材料模式曲线描述的岩土材料：输入参数：体积模量－体积应变关系曲线；剪切模量－体积应变关系曲线；ADINA－岩土本构－曲线描述的岩土材料材料模式可考虑In-SituGravityPressure导致的失效。莫尔库仑模型：说明：1.弹性－理想塑性模型，不能考虑多数岩土具备的硬化特征；2.屈服面为多边形；输入参数：弹性模量泊松比密度摩擦角（FrictionAngle）粘结度（Cohesion）膨胀角（DilatationAngle）：可选，一般小于摩擦角。ADINA－岩土本构－莫尔库仑模型材料模式0Druker－PragerCap硬化岩土材料:－1‘－2‘－3‘D-P模型(拉和压状态)Mohr－Coulomb模型说明：1.DP模型的屈服面在主应力空间内成锥形；2.垂直于PI平面看，DP屈服面为圆，(莫尔库仑屈服面为多边形)；3.因此DP模型可以看作是莫尔库仑模型的拉压失效空间；ADINA－岩土本构－D&P帽硬化模型材料模式DP模型屈服面示意0AC－J1CutOff屈服面平面Cap椭圆CapH－J1a（平面Cap）－J1a（椭圆Cap）J2D拉弹性变形空间硬化两种Cap硬化示意两种Cap硬化方式：1.平面硬化（PlanHardening）；2.椭圆硬化（ElipticalHardening）；ADINA－岩土本构－D&P帽硬化模型材料模式材料参数输入示例输入参数的物理意义示意ADINA－岩土本构－D&P帽硬化模型材料模式剑桥模型(Cam-ClayPressureDependentPlasticM