ANSYS中材料非线性模型介绍与选择

1、1.强化应力达到屈服点后，继续加载(如果切线弹模大于0),有塑形 变形，应力升高，然后卸载，这时是弹性的，再加载还是弹性的，直 到应力得到卸载时的应力值才开始新的屈服。这种屈服点升高的现象 称为强化。强化机理：塑性变形对应于微观上的位错运动。在塑性变形过程 中不断产生新的位错，位错的相互作用提高了位错运动的阻力。这在 宏观上表现为材料的强化，在塑性力学中则表现为屈服面的变化。各 种材料的强化规律须通过材料实验资料去认识。利用强化规律得到的 加载而(即强化后的屈服而)可用来导出具体材料的本构方程。强化规律比较复杂，一般用简化的模型近似表示。目前广泛采用 的强化模型是等向强化模型和随动强化模型。2

2、. 等向强化如果材料在一个方向屈服强度提高(强化)在其它方向的屈服强 度也同时提高，这样的材料叫等向强化材料。等向强化模型假设，在 塑性变形过程中，加载面作均匀扩大，即加载面仅决定于一个强化参 量q。如果初始屈服面是H(oij)=0,则等向强化的加载而可表为： f(oij)=f*(oij)C(q)=0,式中oij为应力分量；C(q)是强化参量q的函数。通常q可取为 塑性功或等效塑性应变式中d8为塑性应变8的增量;式中重复下标表示约定求和。3. 随动强化如果材料在应该方向的屈服点提高，其它方向的屈服应力相应下 降，比如拉伸的屈服强度提高多少，反向的压缩屈服强度就减少多少, 这样的材料叫随动强化材

3、料。随动强化模型假设，在塑性变形过程中，加载面的大小和形状不 变，仅整体地在应力空间中作平动。以cdj代表加载而移动矢量的分 量，则加载而可表为：f(oij)=f*(oij aij)=O,式中可取aij=Ae,A为常数。4. 材料模型选择对于多数实际材料,强化规律大多介于等向强化和随动强化之 间。在加载过程中，如果在应力空间中应力矢量的方向(或各应力分量 的比值)变化不大，则等向强化模型与实际情况较接近。由于这种模 型便于数学处理，所以应用较为广泛。随动强化模型考虑了包辛格效 应，可应用于循环加载和可能反向屈服的问题中。为了简化计算，常常将强化模型作某些简化。例如，在等向强化 模型中，C(q)

4、可进一步假设是塑性功的线性函数或幕次函数，所得到 的模型分别称为线性强化模型和幕次强化模型。等向强化模型假定材料在塑性变形后，仍保持各向同性的性质， 忽略了由于塑性变形引起的各向异性的影响，因此，只有在变形不大, 以及应力偏量之间的相互改变比例不大时，才能比较符合实际。随动硬化模型中，弹性卸载区间是初始屈服应力的两倍，根据这 种模式，材料总的弹性区间保持不变，但由于拉伸时强化而使压缩屈 服应力的幅值减小，即考虑了包兴格效应。金属材料一般采用等向硬化或随动硬化；而岩土材料，静力问题 一般采用等向硬化，循环荷载与动力问题采用随动硬化或混合硬化。5. ANSYS提供的典型的非线性材料模型(1)双线性

5、随动强化(BKIN)使用一个双线性来表示应力应变曲线，所以有两个斜率，弹性斜 率和塑性斜率，由于随动强化的Von mises屈服准则被使用，所以包 含有鲍辛格效应，此选项适用于遵守Von Mises屈服准则，初始为各 向同性材料的小应变问题，这包括大多数的金属。需要输入的常数是 屈服应力和切向斜率，可以定义高达六条不同温度下的曲线。注意事项：1. 使用MP命令来定义弹性模量2. 弹性模量也可以是与温度相关的3. 切向斜率Et不可以是负数，也不能大于弹性模量在使用经典的双线性随动强化时，可以分下面三步来定义材料特 性。1 定义弹性模量2. 激活双线性随动强化选项3. 使用数据表来定义非线性特性(

6、2)双线性等向强化(BISO)也是使用双线性来表示应力一应变曲线，在此选项中，等向强化 的Von Mises屈服准则被使用，这个选项一般用于初始各向同性材料 的大应变问题。需要输入的常数与BKIN选项相同。(3) 多线性随动强化(MKIN)使用多线性来表示应力一应变曲线，模拟随动强化效应，这个选 项使用Von Mises屈服准则，对使用双线性选项(BKIN)不能足够 表示应力一应变曲线的小应变分析很有用。需要的输入包括最多五个应力一应变数据点(用数据表输入)， 可以定义五条不同温度下的曲线。在使用多线性随动强化时，可以使 用与BKIN相同的步骤来定义材料特性，所不同的是在数据表中输入 的常数不同。(4) 多线性等向强化(MISO)使用多线性来表示使用Von Mises屈服准则的等向强化的应力一 应变曲线，它适用于比例加载的情况和大应变分析。需要输入最多 100个应力一应变曲线，最多可以定义20条不同温度下的曲线。其材料特性的定义步骤如下：1 定义弹性模量2. 定义MISO数据