1、（Excellent handout training template）ANSYSLSDYNA显式动力学培训手册第三天材料的定义材料的定义本章目标本章目标本章内容覆盖了本章内容覆盖了ANSYS/LS-DYNA中材料模式的选择与定义中材料模式的选择与定义标题标题:现有的材料模型现有的材料模型ANSYSLS-DYNA材料的图形操作界面（材料的图形操作界面（GUI）输入材料数据输入材料数据线弹性材料线弹性材料非线性弹性材料非线性弹性材料塑性材料塑性材料应变率无关各向同性塑性材料应变率无关各向同性塑性材料应变率相关各向同性塑性材料应变率相关各向同性塑性材料应变率相关各向异性塑性材料应变率相关各向异性
2、塑性材料压力相关塑性材料压力相关塑性材料温度敏感塑性材料温度敏感塑性材料A.状态方程模型状态方程模型材料的定义材料的定义 本章目标本章目标标题标题(续续):空材料空材料 损伤模型损伤模型泡沫材料泡沫材料离散单元性质离散单元性质索单元性质索单元性质刚性材料刚性材料一般材料定义指导一般材料定义指导材料定义练习材料定义练习材料的定义材料的定义A.可用的材料模型可用的材料模型ANSYS/LS-DYNA支持比支持比ANSYS隐式更大的材料库，因此，它几乎能模拟隐式更大的材料库，因此，它几乎能模拟任何实际问题。任何实际问题。ANSYS/LS-DYNA材料库提供许多特性，其中包括材料库提供许多特性，其中包括
3、:考虑应变失效的应变率相关塑性材料模型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）状态方程和空材料模型（鸟撞分析等）为了使用方便，这些材料模型分为为了使用方便，这些材料模型分为5组组GUI菜单菜单:LinearNonlinearEquation of StateDiscrete Element PropertiesRigid Materials材料的定义材料的定义B.ANSYS/LS-DYNA材料图形用户界面材料图形用户界面材料材料GUI目录树图结构与隐式目录树图结构与隐式ANSYS一致一致.IIIIIIIV
4、V材料的定义材料的定义.ANSYS/LS-DYNA材料图形用户界面材料图形用户界面现有的现有的ANSYS/LS-DYNA材料库包括材料库包括:材料的定义材料的定义 ANSYS/LS-DYNA材料图形用户界面材料图形用户界面材料输入方法简单不易出错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图形用户界面禁止密度随温度变化的输入不再使用不再使用MPMOD和和MPUNDO命令命令图形用户界面能接受直接批处理输入方式图形用户界面能接受直接批处理输入方式(w/o MPMOD)材料的定义材料的定义C.输入材料数据输入材料数据ANSYS/LS-DYNA中大多数材料需要输入密度中大多数材料需要
5、输入密度(DENS),杨氏模量杨氏模量(EX)和泊和泊松比松比(NUXY or PRXY),这些定义都使用这些定义都使用MP命令。命令。在在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。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。使用两组数组和使用两组数组和EDCURVE 定义载荷曲线定义载荷曲线:Preprocessor Material Props Curve Options.通常，应力应变数据是指通常，应力应变数据是指真应力真应力与与真应变格式真
6、应变格式材料的定义材料的定义.输入材料数据输入材料数据通过通过EDCURVE,LIST或或EDCURVE,PLOT命令检查应力应变数据命令检查应力应变数据EDCURVE,LISTCurve starts at Yield Point材料的定义材料的定义D.线弹性材料线弹性材料线弹性线弹性材料中包括四种不同的材料模型材料中包括四种不同的材料模型:流体流体:充满流体的容器在冲击载荷下的弹性性质充满流体的容器在冲击载荷下的弹性性质各向同性各向同性:材料性质各个方向都相同材料性质各个方向都相同正交各向异性正交各向异性:3个相互正交对称平面上的性质不同个相互正交对称平面上的性质不同各向异性各向异性:材料
7、中一点的性质与该点在材料中的位置无关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线弹性材料没有塑性变形而完全由虎克定律虎克定律来定义来定义:流体流体:EDMP,FLUID,MAT,K弹性流体模型要求输入弹性流体模型要求输入DENS（密度）、密度）、K（体积模量）体积模量）体积模量可以通过体积模量可以通过EDMP命令直接输入或者由命令直接输入或者由EX和和NUXY的值用下式自动计算的值用下式自动计算:)21(3EKjijIc 材料的定义材料的定义.线弹性材料线弹性材料各向同性各向同性:大多数工程材料（例如钢铁）都是各向同性的大多数工程材料（例如钢铁）都是各向同性的通过通
8、过DENS、EX和和NUXY定义即可定义即可正交各向异性正交各向异性:EDMP,ORTHO正交各向异性材料通过正交各向异性材料通过9个独立的常数和个独立的常数和DENS定义定义横向各向同性材料（正交各向异性的一种特例）通过横向各向同性材料（正交各向异性的一种特例）通过5个独立的常数个独立的常数(EXX,EZZ,NUXY,NUXZ,GXY)和和 DENS定义定义正交各向异性材料的定义与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命令所定义的坐标系编号有关:Preprocessor:Material Props Local CS Create Local CS各向异性各向异性:ED
9、MP,ORTHO 和和 TB,ANEL各向异性材料通过各向异性材料通过21个相互独立的参数和个相互独立的参数和DENS定义定义使用局部坐标系使用局部坐标系(EDLCS)和数据表和数据表(TB,ANEL)材料的定义材料的定义E.非线性弹性材料非线性弹性材料非线性弹性非线性弹性材料包括三种材料模型材料包括三种材料模型:Blatz-Ko模型模型:可压缩泡沫材料（例如聚氨酯橡胶）可压缩泡沫材料（例如聚氨酯橡胶）Mooney-Rivlin模型模型:不可压橡胶材料不可压橡胶材料粘弹性材料粘弹性材料:玻璃和类玻璃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。所有的非线性弹性材料能够经受大的可
10、恢复弹性变形。所有的超弹超弹材料材料(Blatz-Ko 和和 Mooney-Rivlin)应变是可逆的，但是应变是可逆的，但是粘弹性粘弹性材料粘性部分的应变是不可逆材料粘性部分的应变是不可逆的，弹性应变部分是可逆的。的，弹性应变部分是可逆的。Blatz-Ko 超弹模型超弹模型:Blatz-Ko 材料模型只用于压缩下的橡胶材料材料模型只用于压缩下的橡胶材料ANSYS/LS-DYNA自动设定泊松比自动设定泊松比(NUXY)为为 0.463，因此因此仅仅需要输入需要输入DENS和和GXY材料响应通过应变能密度函数材料响应通过应变能密度函数W定义定义,是应变不变量和32 522332IIIGxyW材料
11、的定义材料的定义.非线性弹性材料非线性弹性材料Mooney-Rivlin 超弹材料超弹材料:TB,MOONEY,TBOPT用于定义不可压缩橡胶的材料响应用于定义不可压缩橡胶的材料响应与与ANSYS隐式双参数模型基本相同隐式双参数模型基本相同需要输入需要输入DENS,NUXY,和常数和常数C10 和和 C01为保证不可压缩性质为保证不可压缩性质,NUXY 必须在必须在 0.49和和0.50间间取值取值Mooney-Rivlin系数可以直接输入系数可以直接输入(TBOPT=0)或者通过或者通过LS-DYNA对测试数据的计对测试数据的计算得到算得到(TBOPT=2)。对后一种情况，举例如下对后一种情
12、况，举例如下:TB,MOONEY,1,2 !材料材料1的计算数据的计算数据 TBDATA,1,0.0,0.0 !C10 和和 C01 设为零设为零 TBDATA,3,L0,w,t !样品的原始长度、宽度和厚度样品的原始长度、宽度和厚度 TBDATA,6,LCID !长度变化与力载荷曲线数据长度变化与力载荷曲线数据 注注:如果如果L0,w和和t都等于都等于1.0,那么那么LCID=工程应力工程应力vs.应变应变 材料响应通过应变能密度函数材料响应通过应变能密度函数W定义：定义：1,2 和和 3 是应变不变量，是应变不变量，K 是体积模量。是体积模量。2320111015.3C3CW材料的定义材料
13、的定义.非线性弹性材料非线性弹性材料粘弹性材料粘弹性材料:TB,EVISC这类材料具有这类材料具有弹性弹性（变形可恢复）部分和（变形可恢复）部分和粘性粘性（变形不可恢复）部分（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剪切关系由下式表达:除了密度除了密度 DENS,还需输入以下参数还需输入以下参数:Go=短期短期(初始初始)弹性剪切模量弹性剪切模量 G=长期长期(无限无限)弹性剪切模量弹性剪切模量 K=弹性体积模量弹性体积模量 1/=衰减常数衰减常数 toe)GG(GtG材料的定义材料的定义F.塑性材料塑性材料塑性材料塑性材料模型包
14、含模型包含ANSYS/LS-DYNA中大多数非线性中大多数非线性非弹性非弹性材料。要根据所材料。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塑性模型可以分为五类:类别类别 1：应变率和塑性无关的各向同性材料应变率和塑性无关的各向同性材料类别类别 2:应变率和塑性相关的各向同性材料应变率和塑性相关的各向同性材料类别类别 3:应变率和塑性无关的各向异性材料应变率和塑性无关的各向异性材料类别类别 4:压力相关塑性压力相关塑性类别类别 5:温度敏感塑性温度敏感塑性为分析材料选择正确的类
15、别为分析材料选择正确的类别非常重要非常重要，在某类别内选择特定的模型相比就不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。那么重要了，这通常取决于材料数据的可获取性。材料的定义材料的定义.塑性材料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。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这些方
16、程将会在介绍完所有的塑性模型后进行详细的讨论。的塑性模型后进行详细的讨论。材料的定义材料的定义G.应变率无关各向同性塑性材料应变率无关各向同性塑性材料类别类别1:应变率和塑性无关的应变率和塑性无关的 各向同性材料各向同性材料1a:经典的经典的双线性随动硬化双线性随动硬化(BKIN)1b:经典的经典的双线性等向硬化双线性等向硬化(BISO)BKIN 和和 BISO:TB,BKIN 和和 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），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）。以及大多数工程材料中（钢、
17、铝、铸铁等）。两种模型都有两个斜率，弹性模量两种模型都有两个斜率，弹性模量(EX)和切向模量和切向模量(ETAN)来表达材料的应力来表达材料的应力应变行为。应变行为。BKIN和和BISO模型所需输入的参数相同模型所需输入的参数相同:MP命令定义命令定义DENS,EX和和NUXYTB和和TBDATA命令定义屈服应力和切向模量命令定义屈服应力和切向模量材料的定义材料的定义.应变率无关各向同性塑性材料应变率无关各向同性塑性材料BKIN和和BISO模型的差别仅在于硬化假设不同。模型的差别仅在于硬化假设不同。随动硬化随动硬化假设二次屈服发生在假设二次屈服发生在2 y 等向硬化等向硬化假设二次屈服发生在假
18、设二次屈服发生在2 maxBISO模型允许有模型允许有温度相关温度相关:预加热载荷分析和热瞬态分析预加热载荷分析和热瞬态分析(见见第第2-1章章)指定六个温度条件下的材料数据指定六个温度条件下的材料数据使用使用MPTEMP,MPDATA,TBTEMP和和TBDATA设定高屈服应力模拟热弹性材料设定高屈服应力模拟热弹性材料类别类别2:应变率和塑性相关的应变率和塑性相关的 各向同性材料各向同性材料2a:塑性随动塑性随动:带有失效应变的带有失效应变的Cowper-Symonds模型模型2b:幂率硬化幂率硬化:带有强度和硬化系数的带有强度和硬化系数的Cowper-Symonds模型模型2c:分段线性分
19、段线性:带有多线性曲线和失效应变的带有多线性曲线和失效应变的Cowper-Symonds模型模型2d:率相关率相关:通过载荷曲线和失效应力定义应变率通过载荷曲线和失效应力定义应变率2e:应变率敏感应变率敏感:超塑性成形的超塑性成形的Ramburgh-Osgood模型模型模型模型2a-2d可用于一般材料和各向同性材料的塑性成形分析可用于一般材料和各向同性材料的塑性成形分析模型模型2a-2c利用利用Cowper-Symonds 模型，模型的屈服应力与应变率因子有关模型，模型的屈服应力与应变率因子有关:P1C1 材料的定义材料的定义H.应变率相关各向同性塑性材料应变率相关各向同性塑性材料C和和P是是
20、Cowper-Symonds应变率参数。应变率参数。塑性随动塑性随动:TB,PLAW,1双线性硬化塑性双线性硬化塑性(y 和和 ETAN)硬化参数硬化参数 在在 0(kinematic)和和 1(isotropic)之间之间失效应变决定删除失效单元失效应变决定删除失效单元屈服应力屈服应力:材料的定义材料的定义.应变率相关各向同性塑性材料应变率相关各向同性塑性材料其中其中 0 是初始屈服应力是初始屈服应力,peff 是有效塑性应变是有效塑性应变,Ep 是塑性硬化模量，由此公式确定是塑性硬化模量，由此公式确定:effo1EC1pPPy tantanPEEEEE材料的定义材料的定义.应变率相关各向同
21、性塑性材料应变率相关各向同性塑性材料幂率硬化幂率硬化:TB,PLAW,4带有双线性等向强化的塑性行为带有双线性等向强化的塑性行为强度系数强度系数k和硬化系数和硬化系数n定义的幂率硬化定义的幂率硬化屈服应力屈服应力:npePyeff1kC1 其中其中 e 是弹性应变。是弹性应变。材料的定义材料的定义.应变率相关各向同性塑性材料应变率相关各向同性塑性材料分段线性分段线性:TB,PLAW,8模型在求解时非常有效，通常用于碰撞分析模型在求解时非常有效，通常用于碰撞分析与与ANSYS 隐式中的隐式中的TB,MISO模型类似模型类似用有效真应力与有效真应变载荷曲线定义应力应变行为用有效真应力与有效真应变载
22、荷曲线定义应力应变行为输入失效应变，以确定需要删除的单元输入失效应变，以确定需要删除的单元屈服面由屈服面由 Cowper-Symonds 模型针对率相关进行缩放模型针对率相关进行缩放材料的定义材料的定义.应变率相关各向同性塑性材料应变率相关各向同性塑性材料率相关率相关:TB,PLAW,5这是最普通的应变率相关的塑性模型，因为弹性模量这是最普通的应变率相关的塑性模型，因为弹性模量(E)、屈服应力、屈服应力(y)、切向模量切向模量(ETAN)和失效应力和失效应力(FAIL)均可以应变的函数形式输入。均可以应变的函数形式输入。给定塑性应变率后的屈服应力如下定义给定塑性应变率后的屈服应力如下定义:ef
23、fpipioiyE其中其中LCID 1=defines y as a function of LCID 2=defines E as a function ofLCID 3=defines ETAN as function ofLCID 4=defines effective von Mises stress at failure as a function ofeff eff eff eff 材料的定义材料的定义.应变率相关各向同性塑性材料应变率相关各向同性塑性材料nmyk 应变率敏感应变率敏感:TB,PLAW,2是专门用于超塑性成形的特定模型。是专门用于超塑性成形的特定模型。Ramburg
24、h-Osgood本构关系的屈服应力如下本构关系的屈服应力如下:其中其中k 是材料系数是材料系数,m 是硬化系数是硬化系数,n 是应变率参数是应变率参数,是应变率。是应变率。材料的定义材料的定义I.应变率相关各向异性塑性材料应变率相关各向异性塑性材料类别类别 3:应变率相关各向异性塑性材料应变率相关各向异性塑性材料3a:横向各向异性横向各向异性:应变率相关应变率相关Hills屈服准则屈服准则3b:3参数参数Barlat:用于铝板成形等正交各向异性模型用于铝板成形等正交各向异性模型3c:Barlat各向异性各向异性:三维连续体成形各向异性模型三维连续体成形各向异性模型3d:横向各向异性成形极限图硬
25、化横向各向异性成形极限图硬化模型模型3a用于模拟常规各向异性材料的高应变率成形过程用于模拟常规各向异性材料的高应变率成形过程模型模型3b和和3c由由ALCOA开发专用于金属铝的加工成形开发专用于金属铝的加工成形模型模型3d专用于钣金成形专用于钣金成形材料的定义材料的定义.应变率相关各向异性塑性材料应变率相关各向异性塑性材料横向各向异性横向各向异性:TB,PLAW,7通常用于各向异性的钣金成形通常用于各向异性的钣金成形可以通过定义载荷曲线参数来表达有效屈服应力和有效塑性应变的关系可以通过定义载荷曲线参数来表达有效屈服应力和有效塑性应变的关系屈服应力屈服应力:2122211222211112212
26、RRRRyp33p22R 各向异性硬化参数各向异性硬化参数R用面内塑性应变率与面外塑性应变率的比值来用面内塑性应变率与面外塑性应变率的比值来定义定义:材料的定义材料的定义.应变率相关各向异性塑性材料应变率相关各向异性塑性材料3参数参数Barlat:TB,PLAW,3开发用于开发用于铝板铝板在平面应力状态下的钣金成形在平面应力状态下的钣金成形对于线性硬化准则对于线性硬化准则,输入输入 y 和和 ETAN 对于指数硬化准则对于指数硬化准则,输入输入 n 和和 m 推荐的推荐的Barlat指数指数:体心立方晶格（体心立方晶格（BCC）金属取金属取m=6，面心立方晶格（面心立方晶格（FCC）金属取金属
27、取 m=8正交各向异性正交各向异性Lankford系数用于长度与厚度比系数用于长度与厚度比正交各向异性材料的坐标系通过正交各向异性材料的坐标系通过EDMP命令输入命令输入材料的定义材料的定义.应变率相关各向异性塑性材料应变率相关各向异性塑性材料Barlat各向异性各向异性:TB,PLAW,6用于三维连续材料的钣金成形过程中的材料模型，特别是铝用于三维连续材料的钣金成形过程中的材料模型，特别是铝大多用于实体材料（例如非板材）大多用于实体材料（例如非板材）实验确定实验确定6个各向异性参数个各向异性参数:a,b,c,f,g,h推荐的推荐的Barlat指数指数:体心立方晶格体心立方晶格金属取金属取m=
28、6，面心立方晶格面心立方晶格金属取金属取 m=8屈服应力屈服应力:y=k(o+p)n其中其中 o 和和 p 是初始屈服应变和塑性应变是初始屈服应变和塑性应变材料的定义材料的定义.应变率相关各向异性塑性材料应变率相关各向异性塑性材料横向各向异性横向各向异性 FLD:TB,PLAW,10用于模拟横向各向异性金属的钣金成形用于模拟横向各向异性金属的钣金成形仅用于壳单元仅用于壳单元屈服行为可以通过屈服行为可以通过 y和和ETAN或有效应力和塑性应变曲线来定义或有效应力和塑性应变曲线来定义成形极限图也可以用载荷曲线输入，来计算最大应变率成形极限图也可以用载荷曲线输入，来计算最大应变率tthEEEEE应力
29、应变行为也可以通过多达应力应变行为也可以通过多达16个数据点来定义。个数据点来定义。线性多项式状态方程也必须给定线性多项式状态方程也必须给定(EOSOPT)。phoyE材料的定义材料的定义J.压力相关塑性材料压力相关塑性材料类别类别4:压力相关塑性压力相关塑性4a:Elastic-Plastic Hydrodynamic:在大应变下会失效的材料在大应变下会失效的材料4b:Geological Cap Model:地质盖帽模型地质盖帽模型Elastic-Plastic Hydrodynamic:TB,PLAW,9,EOSOPT如果没有定义有效真应力和真应变，就假定为等向强化，而且必须指定如果没有
30、定义有效真应力和真应变，就假定为等向强化，而且必须指定Sy和和ETAN来定义屈服强度来定义屈服强度:其中塑性硬化模量其中塑性硬化模量 Eh通过通过E 和和 ETAN定义定义材料的定义材料的定义.压力相关塑性材料压力相关塑性材料Geological Cap Model:TB,GCAP无粘滞性双不变量地质盖帽材料模型无粘滞性双不变量地质盖帽材料模型地质力学问题或混凝土类材料地质力学问题或混凝土类材料双不变量盖帽理论扩展至包含随动强化双不变量盖帽理论扩展至包含随动强化采用剪切模量代替弹性模量采用剪切模量代替弹性模量模型的详细信息请参考模型的详细信息请参考LS-DYNA理论手册理论手册（在与（在与AN
31、SYS6.0理论手册的理论手册的同一张光碟上）同一张光碟上）。材料的定义材料的定义K.温度敏感塑性材料温度敏感塑性材料类别类别5:ANSYS/LS-DYNA中有中有四种塑性模型四种塑性模型来来描述温度效应描述温度效应.大部分模型需大部分模型需要定义附加状态方程要定义附加状态方程(EOS):5a:Bamman:使用内部状态方程变量的复杂材料模型使用内部状态方程变量的复杂材料模型5b:Johnson-Cook:高应变率和温度相关问题高应变率和温度相关问题5c:Zerilli-Armstrong:高速冲击和某些金属成形过程高速冲击和某些金属成形过程5d:Steinberg:极高应变率条件下极高应变率
32、条件下(105)材料成形的模拟材料成形的模拟Bamman:TB,EOS,4用于金属成形的复杂应变率相关材料模型用于金属成形的复杂应变率相关材料模型内部状态方程变量通过常数内部状态方程变量通过常数Ai直接输入模型，无需定义附加直接输入模型，无需定义附加状态方程状态方程。Bamman模型需要输入流动应力参数模型需要输入流动应力参数CiA,B,C,m,和和n 是用实验方法确定的常数，是用实验方法确定的常数，p是有效塑性应变是有效塑性应变也需要输入有效塑性应变率，由下式给出也需要输入有效塑性应变率，由下式给出:m_npyT1lnC1BAroommeltroomTTT-TT :is etemperatu
33、r homologous the and op材料的定义材料的定义.温度敏感塑性材料温度敏感塑性材料Johnson-Cook:TB,EOS,1,EOSOPTJohnson-Cook模型主要用于高应变率过程，如伴随较大温升的机加工模型主要用于高应变率过程，如伴随较大温升的机加工模型的开发源自弹道学模型的开发源自弹道学需要输入需要输入 DENS,EX,和和 NUXY屈服应力屈服应力:温度计算需要输入比热、熔点和室温温度计算需要输入比热、熔点和室温通过下式中的失效常数通过下式中的失效常数D1-D5，失效应变可以并入到模型中失效应变可以并入到模型中:其中其中 Johnson-Cook参数输入后，要输入
34、状态方程常数，可以是线性多项式或参数输入后，要输入状态方程常数，可以是线性多项式或Gruneisen模型模型(EOSOPT 后面讨论后面讨论)。TD1lnD1expDD54D21f3材料的定义材料的定义.温度敏感塑性材料温度敏感塑性材料.压力与有效应力之比 eff材料的定义材料的定义.温度敏感塑性材料温度敏感塑性材料Zerilli-Armstrong:TB,EOS,3,EOSOPT Zerilli-Armstrong模型用于金属成形过程和高速冲击等这些应力与应变、模型用于金属成形过程和高速冲击等这些应力与应变、应变率及温度相关的应用领域应变率及温度相关的应用领域。这种模型必须使用状态方程。这种
35、模型必须使用状态方程。Zerilli-Armstrong模型需输入流动应力模型需输入流动应力(Ci),温度温度(Bi)和热容和热容(Gi)系数。系数。)293()()(:)293()()(:65)ln(215)ln(5.214343TCCeCCTCeCCnpTeCCyTeCCpy体心立方晶格金属面心立方晶格金属材料的定义材料的定义.温度敏感塑性材料温度敏感塑性材料Steinberg:TB,EOS,5,EOSOPT带失效的高应变率带失效的高应变率(105)的固体变形的固体变形非常适合于加工过程和高速冲击分析非常适合于加工过程和高速冲击分析屈服强度是温度和压力的函数屈服强度是温度和压力的函数状态方
36、程状态方程(EOS)决定压力决定压力材料的定义材料的定义L.状态方程状态方程(EOS)ANSYS/LS-DYNA中有三种不同类型的中有三种不同类型的 EOS:线性多项式线性多项式:EOS 是内能的线性方程是内能的线性方程Gruneisen:EOS 通过两种方式定义压力体积关系通过两种方式定义压力体积关系列表格式（列表格式（Tabulated）:简化的简化的EOS，也是内能的线性方程也是内能的线性方程线性多项式线性多项式:EOSOPT=1EOS 是内能的线性方程是内能的线性方程压力由压力由 和线性系数和线性系数Ci决定决定:P=C0+C1 +C2 2+C3 3+(C4+C5 +C6 2)E其中其
37、中 =/0 1 ，和和 0 是当前和初始密度是当前和初始密度EaSSSaCpooo2332212211112211材料的定义材料的定义.状态方程状态方程(EOS)Gruneisen:EOSOPT=2压力体积关系与材料是压缩还是膨胀有关。带有立方冲击速度压力体积关系与材料是压缩还是膨胀有关。带有立方冲击速度-质点速度的质点速度的Gruneisen状态方程通过状态方程通过 和和Gruneisen系数系数C,a,S1,S2,S3及及 0定义压力，定义压力，对压缩材料：对压缩材料：列表格式（列表格式（Tabulated）:EOSOPT=3EOS是内能的线性方程是内能的线性方程.压力为压力为:P=Ci(
38、vi)+Ti(vi)E 其中其中 Ci 和和 Ti 分别是体积压力和温度分别是体积压力和温度,vi 是体积应变是体积应变材料的定义材料的定义M.空材料空材料空材料空材料:TB,EOS,2,EOSOPT空材料允许在不计算偏应力的条件下考虑状态方程空材料允许在不计算偏应力的条件下考虑状态方程空材料大多用于鸟撞分析空材料大多用于鸟撞分析需要输入需要输入密度密度DENS和和截止压力截止压力。对空的梁和壳需要输入对空的梁和壳需要输入EX 和和 NUXY也可定义拉压下的粘性和侵蚀（可选）也可定义拉压下的粘性和侵蚀（可选）EOSOPT 需设定为需设定为1、2或或3来指定参考的状态方程来指定参考的状态方程材料
39、的定义材料的定义N.损伤模型损伤模型ANSYS/LS-DYNA有两种损伤模型有两种损伤模型:混凝土损伤混凝土损伤:冲击载荷下的钢筋混凝土冲击载荷下的钢筋混凝土复合材料损伤复合材料损伤:用于吸能的复合材料失效分析用于吸能的复合材料失效分析混凝土损伤混凝土损伤:TB,CONCR,2仅用于仅用于SOLID164单元单元,需要输入泊松比、密度、混凝土和加强钢筋常数需要输入泊松比、密度、混凝土和加强钢筋常数必须使用列表格式状态方程必须使用列表格式状态方程复合材料损伤复合材料损伤:TB,COMP必须输入每个方向上的弹性模量、剪切模量和泊松比（无默认值）必须输入每个方向上的弹性模量、剪切模量和泊松比（无默认
40、值）可以输入剪切、纵向拉伸、横向拉伸、横向压缩强度来定义失效可以输入剪切、纵向拉伸、横向拉伸、横向压缩强度来定义失效压缩失效需要定义材料的体积模量压缩失效需要定义材料的体积模量材料的定义材料的定义O.泡沫材料泡沫材料ANSYS/LS-DYNA有有5种不同的泡沫材料模型种不同的泡沫材料模型:闭室泡沫闭室泡沫:低密度泡沫材料低密度泡沫材料(例如聚氨酯泡沫例如聚氨酯泡沫)低密度泡沫低密度泡沫:高度可压缩性材料高度可压缩性材料(例如座垫例如座垫)粘性泡沫粘性泡沫:用在碰撞跌落模拟中的能量吸收泡沫用在碰撞跌落模拟中的能量吸收泡沫可压碎泡沫可压碎泡沫:永久性压碎材料永久性压碎材料(例如聚苯乙烯例如聚苯乙烯
41、)蜂窝材料蜂窝材料:正交各向异性压碎泡沫正交各向异性压碎泡沫特定模型的选择取决于所分析材料的类型特定模型的选择取决于所分析材料的类型ANSYS/LS-DYNA所有泡沫材料模型主要用于汽车碰撞分析所有泡沫材料模型主要用于汽车碰撞分析材料的定义材料的定义.泡沫材料泡沫材料闭室泡沫闭室泡沫:TB,FOAM,1开发用于开发用于低密度聚氨酯低密度聚氨酯(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)要输入要输入DENS,EX,初始泡沫压力初始泡沫压力Po,泡沫聚合密度泡沫聚合密度比率比率 包括封闭气压效应包括封闭气压效应NUXY 被近似地设为零被近似地设为零屈
42、服条件屈服条件:y=a+b(1+c )其中其中 a,b和和c 为实验确定的参数为实验确定的参数,=V/Vo+o-1其中其中 V 是当前体积是当前体积,Vo 是初始体积是初始体积,o 是初始体积应变是初始体积应变材料的定义材料的定义.泡沫材料泡沫材料低密度泡沫低密度泡沫:TB,FOAM,2主要用于模拟汽车座垫主要用于模拟汽车座垫需要输入密度需要输入密度DENS和弹性模量和弹性模量EX 采用载荷曲线标识号采用载荷曲线标识号(LCID)输入应力应变行为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
43、均表现为线性行为对于拉伸，直到拉伸截止应力以前模型均表现为线性行为NUXY 近似的设为零近似的设为零使用滞后卸载时，如果衰减常数使用滞后卸载时，如果衰减常数 =0，重新加载将会沿卸载曲线进行，重新加载将会沿卸载曲线进行如果如果 非零非零,初始载荷由初始载荷由1-e-t决定，可用粘性系数决定，可用粘性系数(0.05-0.5)模拟阻尼效应模拟阻尼效应体积粘度如果标记为体积粘度如果标记为1，则被激活，则被激活滞后卸载使用形状卸载因数，数值上小于滞后卸载使用形状卸载因数，数值上小于1能量耗散能量耗散输入的滞后卸载输入的滞后卸载(HU)因数在因数在0到到1之间，如果之间，如果HU=1，就没有能量耗散，就
44、没有能量耗散材料的定义材料的定义.泡沫材料泡沫材料粘性泡沫粘性泡沫:TB,FOAM,3 在碰撞模拟中吸能泡沫常用于模拟吸能材料（例如假人）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由平行的非线性弹簧和粘性阻尼构成 需要有需要有DENS,EX(初始杨氏模量初始杨氏模量E1)和和 NUXY 弹性刚度弹性刚度E 定义为定义为:E=E1 V-n1其中其中 n1 是弹性刚度幂率是弹性刚度幂率 粘性系数粘性系数V 定义为定义为:V=V2|1-V|n2其中其中 V2=初始粘度系数初始粘度系数 n2=粘度系数幂率粘度
45、系数幂率材料的定义材料的定义.泡沫材料泡沫材料可压碎泡沫可压碎泡沫:TB,FOAM,4 用于可永久压碎的材料（如聚苯乙烯固体）用于可永久压碎的材料（如聚苯乙烯固体）可选择粘性阻尼和截止张力（撕裂）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卸载认为是完全弹性过程 拉伸按照完全弹塑性处理拉伸按照完全弹塑性处理 需需DENS,EX,NUXY 需输入定义屈服应力与体积应变需输入定义屈服应力与体积应变 的载荷曲线的载荷曲线 体积应变体积应变 为为:=1 V其中其中 V 为当前体积和初始体积之比为当前体积和初始体积之比材料的定义材料的定义.泡沫材料泡沫材料蜂窝材料蜂窝材料:TB,FOAM,5正
46、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可以分别定义法向应力和剪切应力的非线性行为需要需要DENS,EX,NUXY和粘性系数和粘性系数需输入完全压实的蜂窝的屈服应力和体积需输入完全压实的蜂窝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材料的定义材料的定义P.离散单元性质离散单元性质COMBI165 离散单元要求有弹簧或阻尼性质离散单元要求有弹簧或阻尼性质弹簧需要有刚度系数或
47、者力与变形曲线弹簧需要有刚度系数或者力与变形曲线阻尼需要有阻尼系数或者力与变形速率曲线阻尼需要有阻尼系数或者力与变形速率曲线转动性质可以用来代替平动性质转动性质可以用来代替平动性质离散弹簧性质的六个选项离散弹簧性质的六个选项:线弹性弹簧线弹性弹簧 (TB,DISCRETE,0)通用非线性通用非线性 (TB,DISCRETE,5)非线性弹性弹簧非线性弹性弹簧 (TB,DISCRETE,3)弹性塑料弹簧弹性塑料弹簧 (TB,DISCRETE,2)非弹性拉压非弹性拉压 (TB,DISCRETE,7)Maxwell粘性弹簧粘性弹簧 (TB,DISCRETE,6)离散阻尼性质的两个选项离散阻尼性质的两个
48、选项:线性粘性阻尼线性粘性阻尼 (TB,DISCRETE,1)非线性粘性阻尼非线性粘性阻尼 (TB,DISCRETE,4)材料的定义材料的定义Q.索单元性质索单元性质LINK167 单元需要有索材料属性单元需要有索材料属性单元压缩时（松弛状态）不承担载荷单元压缩时（松弛状态）不承担载荷需要定义密度需要定义密度(DENS)和弹性模量和弹性模量(EX)索链刚度索链刚度:K=(E)(Area0)/(L0 Offset)或者通过指定工程应力或者通过指定工程应力-应变（载荷）曲线，而不考虑用杨氏模量来计算索链应变（载荷）曲线，而不考虑用杨氏模量来计算索链刚度刚度材料的定义材料的定义R.刚性材料刚性材料声
49、明一种材料是刚性的，从而这种材料构成的梁、壳和实体单元都成声明一种材料是刚性的，从而这种材料构成的梁、壳和实体单元都成为刚体为刚体.下述几点很重要下述几点很重要:刚体材料的杨氏模量不能任意大。刚体材料的杨氏模量不能任意大。LS-DYNA 用杨氏模量计算接触罚刚度用杨氏模量计算接触罚刚度，而接触罚刚度决定了接触穿透。，而接触罚刚度决定了接触穿透。如果材料声明为刚性，那么任何属于这种材料的单元必须属于同一刚体。如果材料声明为刚性，那么任何属于这种材料的单元必须属于同一刚体。因此，分配材料属性时必须非常小心。正如前一章讨论的，最好考虑使用因此，分配材料属性时必须非常小心。正如前一章讨论的，最好考虑使
50、用Parts，采用完全相同的单元类型、实常数集和材料来定义各种不同的采用完全相同的单元类型、实常数集和材料来定义各种不同的Parts.EDMP,RIGID命令不仅声明一种材料是刚性的，同时也约束了刚体的运命令不仅声明一种材料是刚性的，同时也约束了刚体的运 动特性动特性材料的定义材料的定义S.一般材料定义指导一般材料定义指导并非所有材料都支持每一种单元类型。查阅并非所有材料都支持每一种单元类型。查阅单元手册单元手册来决定采用哪来决定采用哪种模型。种模型。一些模型需要说明一些模型需要说明状态方程状态方程来完成材料的定义来完成材料的定义。对每种材料模型，并非所有的常数和选项都对每种材料模型，并非所有
