第三章LS-DYNA材料模型.ppt

DYNA高级应用培训 3、材料模型,对获得有用的仿真结果而言，材料的行为和特性可能是最令人头痛的 非线性材料的行为经常通过新的研究来更新 非线性材料的特性是不容易获得的, 常需采用简化模型,第七章 材料,失效的单元不再承担任何载荷，记录在d3plot文件中 ，所以可以在显示中删除. 材料失效的方式 最小时间步 当一单元扭曲时，时间步降低，严重的扭曲单元常表明材料已失效，只承担小的载荷。然而，这些扭曲的单元控制CPU的开销和运行时间，删除这些单元可使时间步增大。 塑性应变 失效应力,材料失效, *MAT_ADD_EROSION 一点积分的体单元 压力、各种应力和应变准则,应变率影响（动力影响） - SRE 迅速加载可能导致材料特性的改变，特别是一些金属材料 应变率 =材料变形的变化率 实验室实验是准静态，实际应用是动态 SRE 与材料晶体结构有关 SRE 能影响失效应变 SRE 对低碳钢影响尤其大,应变率影响,应变率影响,35XF-LT, Low Carbon Steel,Cowper-Symonds 由应变率相关因子缩放屈服应力 Johnson-Cook 由有效塑性应变率因子缩放流动应力 General 由应变率相关因子缩放屈服应力 曲线：缩放因子对应变率 Strain rate dependent plasticity 曲线：屈服应力对有效应变率,应变率影响,复合材料 陶瓷 纺织品 泡沫 玻璃 金属 塑料 橡胶 土壤/混凝土,材料类型,1 *MAT_ELASTIC 3 *MAT_PLASTIC_KINEMATIC 24 *MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY *MAT_ORTHOTROPIC_ELASTIC *MAT_RESULTANT_PLASTICITY *MAT_ANISOTROPIC_ELASTIC *MAT_CLOSED_FORM_SHELL_PLASTICITY *MAT_ELASTIC_PLASTIC_HYDRO *MAT_BARLAT_ANISOTROPIC_PLASTICITY *MAT_STEINBERG *MAT_PLASTIC_GREEN-NAGHDI_RATE *MAT_ISOTROPIC_ELASTIC_PLASTIC *MAT_3-PARAMETER-BARLAT *MAT_JOHNSON_COOK *MAT_TRANSVERSELY_ANISOTROPIC *MAT_ORIENTED_CRACK *MAT_BAMMAN_DAMAGE *MAT_POWER_LAW_PLASTICITY *MAT_RATE_SENSITIVE_POWERLAW *MAT_STRAIN_RATE_DEPENDENT *MAT_MODIFIED_ZERILLI_ARMSTRONG *MAT_PLASTICITY_WITH_DAMAGE -更多其它的,金属,1 *MAT_ELASTIC 定义线性材料 适用：梁，壳，体，厚壳 输入 密度 杨氏模量 泊松比 对于Bel-Schwer梁的轴向和弯曲阻尼,3 *MAT_PLASTIC_KINEMATIC 定义一个双线性规则的材料 适用：梁，壳，体，厚壳 输入 密度 屈服应力 杨氏模量 切线模量 泊松比 硬化参数 Cowper-Symonds 应变率影响 可获得粘塑性公式 基于失效应变的单元删除,3 *MAT_PLASTIC_KINEMATIC,硬化,24 *MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY 定义双线性规则或任意应力应变曲线 适用：梁，壳，体，厚壳 输入 密度 屈服应力 杨氏模量 切线模量或应力应变曲线 泊松比 Cowper-Symonds SRE 或任意应变率相关 可获得粘塑性公式 基于塑性应变或最小时间步的单元删除,通常认为是不可压缩的，因为体积模量在数量上远远超过剪切模量 7 *MAT_BLATZ-KO_RUBBER 27 *MAT_MOONEY-RIVLIN_RUBBER 31 *MAT_FRAZER-NASH_RUBBER 77 *MAT_HYPERELASTIC_RUBBER 77 *MAT_OGDEN_RUBBER 87 *MAT_CELLULAR_RUBBER,橡胶,体和壳 用于接近不可压缩橡胶材料 泊松比固定为0.463 输入 密度 剪切模量 适合聚氨酯橡胶 第二Piola-Kirchoff 应力与Cauchy 应力之间有转换公式 该模型常用于表达中等程度大应变的橡胶特性.输入剪切模量可以得到一种稍微可压的材料.没有详细数据时可选用该模型.更加完善的橡胶超弹性材料是27和31号材料.,7 *MAT_BLATZ-KO_RUBBER,体和壳 Frazer-Nash 橡胶模型的简化 用于定义稍微可压缩橡胶材料 泊松比(建议0.49-0.495) 两常数: A 和 B 应变能密度函数 I, II, III 为 Cauchy-Green 张量不变量 C = 0.5A + B 2 (A + B) = 线弹性的剪切模量,27 *MAT_MOONEY-RIVLIN_RUBBER,该模型可以得到稍微可压缩的超弹性材料. 常用于大应变的橡胶材料. 程序中,可以用单轴拉伸实验的结果和轴向标距,以及轴力与标距长度改变量代替输入参数A和B.,27 *MAT_MOONEY-RIVLIN_RUBBER,仅对体单元 超弹性规则的改进形式 由 Kedington于1988年描述 泊松比: 0.49 0.50 应变能函数 I, J 应力不变量,31 *MAT_FRAZER-NASH_RUBBER,仅对体单元,87 *MAT_CELLULAR_RUBBER,能量耗散 材料的响应与路径有关 土壤和可压缩的泡沫代表一类当被压缩或压紧时变硬的材料 比如，土壤，当颗粒间有空间时有一确定的刚度，当压缩时，材料变硬，土壤的卸载呈现线性，土壤不能承担拉伸载荷 多孔泡沫有相似的行为，硬度更低，直到孔被压缩。泡沫卸载沿着加载路径,泡沫材料,5 *MAT_SOIL_AND_FOAM 14 *MAT_SOIL_AND_FOAM_FAILURE 26 *MAT_HONEYCOMB 38 *MAT_BLATZ_FO_FOAM 53 *MAT_CLOSED_CELL_FOAM 57 *MAT_LOW_DENSITY_FOAM 62 *MAT_VISCOUS_FOAM 63 *MAT_CRUSHABLE_FOAM 75 *MAT_BILKHU/DUBOIS_FOAM 83 *MAT_FU_CHANG_FOAM 仅对体单元,泡沫,泡沫部件相对周围的结构是非常软的 因此，接触力常常在泡沫部件中导致沙漏出现，特别是模型网格较粗糙时 所以，全积分体单元是最好的选择，在开始时排除沙漏问题,53 *MAT_CLOSED_CELL_FOAM,闭室泡沫: 开发用于低密度聚氨酯 (常用于船用集装箱及汽车设计中的冲击限制物建模) 要输入DENS, EX, 初始泡沫压力Po, 泡沫聚合密度比率 包括封闭气压效应 NUXY 趋向于零 屈服条件: y = a + b(1+c ) 其中 a, b和c 为实验确定的参数, = V/ Vo + o - 1 其中 V 是当前体积, Vo 是初始体积, o 是初始体积应变,57 *MAT_LOW_DENSITY_FOAM,低密度泡沫 : 主要用于模拟汽车座位垫，侧面冲击假人的填料 有 hysteretic 应力-应变行为，但能接近恢复到原始形状的材料 需要输入密度DENS和弹性模量EX 采用载荷曲线标识号(LCID)输入应力应变行为 对于压缩，模型用可能的能量耗散来假设材料的滞后行为 对于拉伸，直到拉伸截止应力以前模型均表现为线性行为 NUXY 近似的设为零 使用滞后卸载时，如果衰减常数 = 0 ，重新加载将会沿卸载曲线进行 如果非零, 初始载荷由1- e-t决定，可用粘性系数(0.05-0.5)模拟阻尼效应 体积粘度如果标记为1，则被激活 滞后卸载使用形状卸载因数，数值上小于1能量耗散 输入的滞后卸载(HU)因数在0到1之间，如果HU=1 ，就没有能量耗散,62 *MAT_VISCOUS_FOAM,粘性泡沫 : 在碰撞模拟中吸能泡沫常用于模拟吸能材料（例如假人） 仅用于压缩载荷下的实体模型 由平行的非线性弹簧和粘性阻尼构成 需要有DENS, EX (初始杨氏模量E1) 和 NUXY 弹性刚度E 定义为: E = E1 V-n1 其中 n1 是弹性刚度幂率 粘性系数V 定义为: V = V2 |1-V|n2 其中 V2 = 初始粘度系数 n2 = 粘度系数幂率,63 *MAT_CRUSHABLE_FOAM,可压碎泡沫 : 用于可永久压服的材料（如聚苯乙烯固体） 可选择粘性阻尼和截止张力（撕裂） 卸载认为是完全弹性过程 拉伸按照完全弹塑性处理 需DENS, EX, NUXY 需输入定义屈服应力与体积应变的载荷曲线 体积应变 为: = 1 V 其中 V 为当前体积和初始体积之比,26 *MAT_HONEYCOMB,蜂窝材料 : 正交各向异性可压碎泡沫为侧面冲击缓冲器前端材料和航空结构而开发 可以分别定义法向应力和剪切应力的非线性行为 需要DENS, EX, NUXY和粘性系数 需输入完全压紧的蜂房的屈服应力和体积 需输入弹性模量和每个正交方向上的应力与相对体积或体积应变载荷曲线,压缩中压力为正 体积应变定义为相对体积的自然对数，压缩中为负 相对体积定义为当前体积与初始体积的比值 列表数据应该以压缩增加的方式排列 如果压力降低到切断值，则保持为该值,体积应变和压力,体积应变和压力,体积应变和压力,*mat_null+EOS(常见流体) *mat_high_explosive+EOS（炸药） *MAT_ELASTIC_PLASTIC_HYDRO+EOS（固体在高应变率下的流体表现） *mat_3-parameter_barlat（三参数的BARLAT各向异性塑性金属材料） *mat_transversely_elastic_pla