LS-DYNA中教程文资料3

材料的定义第3-1章ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016303-2材料的定义本章目标•本章内容覆盖了ANSYS/LS-DYNA中材料模式的选择与定义•标题:A.现有的材料模型B.ANSYSLS-DYNA材料的图形操作界面（GUI）C.输入材料数据D.线弹性材料E.非线性弹性材料F.塑性材料G.应变率无关各向同性塑性材料H.应变率相关各向同性塑性材料I.应变率相关各向异性塑性材料J.压力相关塑性材料K.温度敏感塑性材料L.状态方程模型ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016303-3材料的定义…本章目标•标题(续):M.空材料N.损伤模型O.泡沫材料P.离散单元性质Q.索单元性质R.刚性材料S.一般材料定义指导T.材料定义练习ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016303-4材料的定义A.可用的材料模型•ANSYS/LS-DYNA支持比ANSYS隐式更大的材料库，因此，它几乎能模拟任何实际问题。•ANSYS/LS-DYNA材料库提供许多特性，其中包括:–考虑应变失效的应变率相关塑性材料模型–温度相关和温度敏感塑性材料模型–状态方程和空材料模型（鸟撞分析等）•为了使用方便，这些材料模型分为5组GUI菜单:–Linear–Nonlinear–EquationofState–DiscreteElementProperties–RigidMaterialsExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016303-5材料的定义B.ANSYS/LS-DYNA材料图形用户界面•材料GUI目录树图结构与隐式ANSYS一致...IIIIIIIVVExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016303-6材料的定义...ANSYS/LS-DYNA材料图形用户界面•现有的ANSYS/LS-DYNA材料库包括:ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016303-7材料的定义…ANSYS/LS-DYNA材料图形用户界面•材料输入方法简单不易出错–图形用户界面禁止密度随温度变化的输入•不再使用MPMOD和MPUNDO命令–图形用户界面能接受直接批处理输入方式(w/oMPMOD)ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016303-8材料的定义C.输入材料数据•ANSYS/LS-DYNA中大多数材料需要输入密度(DENS),杨氏模量(EX)和泊松比(NUXYorPRXY),这些定义都使用MP命令。•在ANSYS/LS-DYNA中，一些材料模型需要输入载荷曲线。这些曲线用来定义材料的两个变量的相关性，例如屈服应力随塑性应变的变化。•使用两组数组和EDCURVE定义载荷曲线:–PreprocessorMaterialPropsCurveOptions...•通常，应力应变数据是指真应力与真应变格式ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016303-9材料的定义...输入材料数据•通过EDCURVE,LIST或EDCURVE,PLOT命令检查应力应变数据EDCURVE,LISTCurvestartsatYieldPointExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016303-10材料的定义D.线弹性材料•线弹性材料中包括四种不同的材料模型:–流体:充满流体的容器在冲击载荷下的弹性性质–各向同性:材料性质各个方向都相同–正交各向异性:3个相互正交对称平面上的性质不同–各向异性:材料中一点的性质与该点在材料中的位置无关•线弹性材料没有塑性变形而完全由虎克定律来定义:•流体:EDMP,FLUID,MAT,K–弹性流体模型要求输入DENS（密度）、K（体积模量）–体积模量可以通过EDMP命令直接输入或者由EX和NUXY的值用下式自动计算:)21(3EKjijIcExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016303-11材料的定义...线弹性材料•各向同性:–大多数工程材料（例如钢铁）都是各向同性的–通过DENS、EX和NUXY定义即可•正交各向异性:EDMP,ORTHO–正交各向异性材料通过9个独立的常数和DENS定义–横向各向同性材料（正交各向异性的一种特例）通过5个独立的常数(EXX,EZZ,NUXY,NUXZ,GXY)和DENS定义–正交各向异性材料的定义与EDLCS命令所定义的坐标系编号有关:•Preprocessor:MaterialPropsLocalCSCreateLocalCS•各向异性:EDMP,ORTHO和TB,ANEL–各向异性材料通过21个相互独立的参数和DENS定义–使用局部坐标系(EDLCS)和数据表(TB,ANEL)ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016303-12材料的定义E.非线性弹性材料•非线性弹性材料包括三种材料模型:–Blatz-Ko模型:可压缩泡沫材料（例如聚氨酯橡胶）–Mooney-Rivlin模型:不可压橡胶材料–粘弹性材料:玻璃和类玻璃材料•非线性弹性材料能够经受大的可恢复弹性变形。所有的超弹材料(Blatz-Ko和Mooney-Rivlin)应变是可逆的，但是粘弹性材料粘性部分的应变是不可逆的，弹性应变部分是可逆的。Blatz-Ko超弹模型:–Blatz-Ko材料模型只用于压缩下的橡胶材料–ANSYS/LS-DYNA自动设定泊松比(NUXY)为0.463，因此仅需要输入DENS和GXY–材料响应通过应变能密度函数W定义,是应变不变量和32522332IIIGxyWExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016303-13材料的定义...非线性弹性材料Mooney-Rivlin超弹材料:TB,MOONEY,,,,TBOPT–用于定义不可压缩橡胶的材料响应–与ANSYS隐式双参数模型基本相同–需要输入DENS,NUXY,和常数C10和C01–为保证不可压缩性质,NUXY必须在0.49和0.50间取值–Mooney-Rivlin系数可以直接输入(TBOPT=0)或者通过LS-DYNA对测试数据的计算得到(TBOPT=2)。对后一种情况，举例如下:•TB,MOONEY,1,,,2!材料1的计算数据•TBDATA,1,0.0,0.0!C10和C01设为零•TBDATA,3,L0,w,t!样品的原始长度、宽度和厚度•TBDATA,6,LCID!长度变化与力载荷曲线数据–注:如果L0,w和t都等于1.0,那么LCID=工程应力vs.应变–材料响应通过应变能密度函数W定义：1,2和3是应变不变量，K是体积模量。2320111015.3C3CWExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016303-14材料的定义...非线性弹性材料粘弹性材料:TB,EVISC–这类材料具有弹性（变形可恢复）部分和粘性（变形不可恢复）部分–用于模拟类玻璃材料和火箭固体燃料等–剪切关系由下式表达:–除了密度DENS,还需输入以下参数:•Go=短期(初始)弹性剪切模量•G=长期(无限)弹性剪切模量•K=弹性体积模量•1/=衰减常数toe)GG(GtGExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016303-15材料的定义F.塑性材料•塑性材料模型包含ANSYS/LS-DYNA中大多数非线性非弹性材料。要根据所分析材料的类型、应用领域和材料常数的可获取性来选择某个特定塑性模型。•塑性模型可以分为五类:–类别1：应变率和塑性无关的各向同性材料–类别2:应变率和塑性相关的各向同性材料–类别3:应变率和塑性无关的各向异性材料–类别4:压力相关塑性–类别5:温度敏感塑性•为分析材料选择正确的类别非常重要，在某类别内选择特定的模型相比就不那么重要了，这通常取决于材料数据的可获取性。ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016303-16材料的定义...塑性材料•大多数非线性有限元分析精确性的关键在于材料常数的质量。为了得到最好的结果，应该从材料供应者那里得到材料常数或者去做材料特性分析。•一些塑性模型需要输入附加的状态方程(EOS)。这些方程将会在介绍完所有的塑性模型后进行详细的讨论。ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016303-17材料的定义G.应变率无关各向同性塑性材料•类别1:应变率和塑性无关的各向同性材料–1a:经典的双线性随动硬化(BKIN)–1b:经典的双线性等向硬化(BISO)BKIN和BISO:TB,BKIN和TB,BISO•这些模型通常用于整个成形持续时间相对较长的过程（例如金属板冲压），以及大多数工程材料中（钢、铝、铸铁等）。•两种模型都有两个斜率，弹性模量(EX)和切向模量(ETAN)来表达材料的应力应变行为。BKIN和BISO模型所需输入的参数相同:–MP命令定义DENS,EX和NUXY–TB和TBDATA命令定义屈服应力和切向模量ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016303-18材料的定义...应变率无关各向同性塑性材料•BKIN和BISO模型的差别仅在于硬化假设不同。–随动硬化假设二次屈服发生在2y–等向硬化假设二次屈服发生在2max•BISO模型允许有温度相关:–预加热载荷分析和热瞬态分析(见第2-1章)–指定六个温度条件下的材料数据–使用MPTEMP,MPDATA,TBTEMP和TBDATA–设定高屈服应力模拟热弹性材料ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016303-19•类别2:应变率和塑性相关的各向同性材料–2a:塑性随动:带有失效应变的Cowper-Symonds模型–2b:幂率硬化:带有强度和硬化系数的Cowper-Symonds模型–2c:分段线性:带有多线性曲线和失效应变的Cowper-Symonds模型–2d:率相关:通过载荷曲线和失效应力定义应变率–2e:应变率敏感:超塑性成形的Ramburgh-Osgood模型•模型2