第7章 LS-DYNA材料模型之金属、橡胶、泡沫

1、第七章第七章 材料材料基本的材料行为和特性 金属 橡胶 泡沫材料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(老师的观点) 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 常需采用简化模型基本的材料行为弹塑性材料基本材料行为软化 只要一个单元达到屈服，所有其他的单元将象屈服单元一样在应力-应变曲线上进行弹性卸载 简单的例子 有两弹簧的 LPM 材料失效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

2、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 *MAT_ADD_EROSION -一点积分的体单元 - 压力、各种应力和应变准则保险板失效保险板失效应变率影响应变率影响（动力影响） - SRE 迅速加载可能导致材料特性的改变，特别是钢材料 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 主要支配小应变 ( 5%) 和低碳钢 SRE 能影响失效应变应变率影响35XF-LT, Low Carbon Steel应变率影响 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 Gener

3、al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增加了复杂性各向异性多层材料其他材料材料类型 复合材料 陶瓷 纺织品 泡沫玻璃 金属 塑料 橡胶 土壤/混凝土通用材料-金属-橡胶-泡沫金属1 *MAT_ELASTIC3 *MAT_PLASTIC_KINEMATIC24 *MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY*MAT_ORTHOTROPIC_ELASTIC *MAT_RESULTANT_PLASTICITY*MAT_ANISOTROPIC_ELASTIC *MAT_CL

4、OSED_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 *MA

5、T_RATE_SENSITIVE_POWERLAW*MAT_STRAIN_RATE_DEPENDENT *MAT_MODIFIED_ZERILLI_ARMSTRONG*MAT_PLASTICITY_WITH_DAMAGE -更多其它的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

6、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材料特性例子橡胶 超弹性材料 (something really stretchy)响应与路径无关 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_RUBBER27 *MAT_MOONEY-RIVLIN_RUBBE

7、R31 *MAT_FRAZER-NASH_RUBBER77 *MAT_HYPERELASTIC_RUBBER77 *MAT_OGDEN_RUBBER87 *MAT_CELLULAR_RUBBER7 *MAT_BLATZ-KO_RUBBER 体和壳 几乎不可压缩的连续橡胶 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 应力转换为Cauchy 应力27 *MAT_MOONEY-RIVLIN_RUBBER体和壳Frazer-Nash 橡胶模型的简化 泊松比(建议 0.49) 两常数: A 和 B 应变能密度函数 I, II, III 为 Cauch

8、y-Green 张量不变量 C = 0.5A + B 2 (A + B) = 线弹性的剪切模量 如果 A = B = 0.0，则通过最小二乘法对 then they are calculated using a least square fit from uniaxial data via a load curve (A 和 B将在 d3hsp中输出)27 *MAT_MOONEY-RIVLIN_RUBBERUniaxial 数据输入选项31 *MAT_FRAZER-NASH_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

9、能函数 I, J 应力不变量 输入常数或力对测量长度的改变87 *MAT_CELLULAR_RUBBER仅对体单元Mooney-Rivlin 拉伸棒实验标题*KEYWORD*TITLEMooney-Rivlin rubber tensile bar test - single solid element$ Run 1$ - original model from Brad Maker (LSTC)$ - clean-up deck$ - slight modifications to better document example$ J.D. Reid$ Units: lbf-s2/in, i

10、n, s, lbf, psi, lbf-in定义节点和单元定义边界条件定义横截面定义 Parts 和 Sections定义材料定义材料结果结果结果能量耗散这些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。泡沫卸栽沿着加载路径泡沫材料泡沫5 *MAT_SOIL_AND_FOAM14 *MAT_SOIL_AND_FOAM_FAILURE26 *MAT_HONEYCOMB38 *MAT_BLATZ_FO_FOAM53 *

11、MAT_CLOSED_CELL_FOAM57 *MAT_LOW_DENSITY_FOAM62 *MAT_VISCOUS_FOAM63 *MAT_CRUSHABLE_FOAM75 *MAT_BILKHU/DUBOIS_FOAM83 *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常用的泡沫材料26 *MAT_HONEYCOMB散热器，移动变形屏障 radiators, moving deformable barriers 正交各向异性材料 (不同方向不同的压服强度)57 *MAT_LOW_DENSITY_FOAM 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62 *MAT_VISCOUS_FOAM 基于某一碰撞假人的吸收能量的泡沫63 *MAT_CRUSHABLE_FOAM 具有永久压服的材料 (如expanded polystyrene, ureaformaldehyde 泡沫)泡沫材料模型例子定义节点和单元定义运动定义Parts 和Sections定义材料*MAT_SOIL_AND_FOAM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