你不知道的CAE小常识（三十三）
你不知道的CAE小常识（三十三）
常用弹塑性材料模型
下表列出了ANSYS/LS-DYNA材料模型以及相应的LS-DYNA命令
ANSYS Material Model |
LS-DYNA Command |
LS-DYNA MAT # |
Example |
Isotropic Elastic |
*MAT_ELASTIC |
1 |
Yes |
Bilinear Isotropic Plasticity |
*MAT_PLASTIC_KINEMATIC |
3 |
Yes |
Bilinear Kinematic |
*MAT_PLASTIC_KINEMATIC |
3 |
Yes |
Plastic Kinematic |
*MAT_PLASTIC_KINEMATIC |
3 |
Yes |
Piecewise Linear Plasticity |
*MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY |
24 |
Yes |
Rigid |
*MAT_RIGID |
20 |
Yes |
7.2.1.1各向同性弹性模型
各向同性弹性模型。使用MP命令输入所需参数：
MP，DENS—密度
MP，EX—弹性模量
MP，NUXY—泊松比
此部分例题参看B.2.1，IsotropicElastic Example:High Carbon Steel。
B.2.1. Isotropic Elastic Example: High Carbon Steel
MP,ex,1,210e9 |
! Pa |
MP,nuxy,1,.29 |
! No units |
MP,dens,1,7850 |
! kg/m3 |
7.2.3.1 双线性各向同性模型
使用两种斜率（弹性和塑性）来表示材料应力应变行为的经典双线性各向同性硬化模型（与应变率无关）。仅可在一个温度条件下定义应力应变特性。（也有温度相关的本构模型；参看Temperature Dependent Bilinear Isotropic Model）。用MP命令输入弹性模量（Exx），泊松比（NUXY）和密度（DENS），程序用EX和NUXY值计算体积模量（K）。用TB和TBDATA命令的1和2项输入屈服强度和切线模量：
TB，BISO
TBDATA，1，（屈服应力）
TBDATA，2，（切线模量）
例题参看B.2.7,BilinearIsotropic Plasticity Example：Nickel Alloy。
B.2.7. BilinearIsotropic Plasticity Example: Nickel Alloy
MP,ex,1,180e9 |
! Pa |
MP,nuxy,1,.31 |
! No units |
MP,dens,1,8490 |
! kg/m3 |
TB,BISO,1 |
|
TBDATA,1,900e6 |
! Yield stress (Pa) |
TBDATA,2,445e6 |
! Tangent modulus (Pa) |
7.2.3.5双线性随动模型
（与应变率无关）经典的双线性随动硬化模型，用两个斜率（弹性和塑性）来表示材料的应力应变特性。用MP命令输入弹性模量（Exx），密度（DENS）和泊松比（NUXY）。可以用TB，BKIN和TBDATA命令中的1-2项输入屈服强度和切线模量：
TB，BKIN
TBDATA，1，（屈服应力）
TBDATA，2，（切线模量）
例题参看B.2.10，Bilinear Kinematic Plasticity Example：Titanium Alloy。
B.2.10. BilinearKinematic Plasticity Example: Titanium Alloy
MP,ex,1,100e9 |
! Pa |
MP,nuxy,1,.36 |
! No units |
MP,dens,1,4650 |
! kg/m3 |
TB,BKIN,1 |
|
TBDATA,1,70e6 |
! Yield stress (Pa) |
TBDATA,2,112e6 |
! Tangent modulus (Pa) |
7.2.3.6塑性随动模型
各向同性、随动硬化或各向同性和随动硬化的混合模型，与应变率相关，可考虑失效。通过在0（仅随动硬化）和1（仅各向同性硬化）间调整硬化参数β来选择各向同性或随动硬化。应变率用Cowper-Symonds模型来考虑，用与应变率有关的因数表示屈服应力，如下所示：
这里—初始屈服应力，—应变率，C和P-CowperSymonds为应变率参数。—有效塑性应变，—塑性硬化模量，由下式给出：
应力应变特性只能在一个温度条件下给定。用MP命令输入弹性模量（Exx），密度（DENS）和泊松比（NUXY）。用TB，PLAW，，，，1和TBDATA命令中的1-6项输入屈服应力，切线斜率，硬化参数，应变率参数C和P以及失效应变：
如下所示，可以用TB，PLAW，，，，10和TBDATA命令中的1-5项定义其它参数。
TB，PLAW，，，，1
TBDATA，1，（屈服应力）
TBDATA，2，（切线模量）
TBDATA，3，β（硬化参数）
TBDATA，4， C（应变率参数）
TBDATA，5，P（应变率参数）
TBDATA，6，（失效应变）
例题参看B.2.11，Plastic Kinematic Example：1018 Steel。
B.2.11. PlasticKinematic Example: 1018 Steel
MP,ex,1,200e9 |
! Pa |
MP,nuxy,1,.27 |
! No units |
MP,dens,1,7865 |
! kg/m3 |
TB,PLAW,,,,1 |
|
TBDATA,1,310e6 |
! Yield stress (Pa) |
TBDATA,2,763e6 |
! Tangent modulus (Pa) |
TBDATA,4,40.0 |
! C (s-1) |
TBDATA,5,5.0 |
! P |
TBDATA,6,.75 |
! Failure strain |
7.2.3.13分段线性塑性模型
多线性弹塑性材料模型，可输入与应变率相关的应力应变曲线。它是一个很常用的塑性准则，特别用于钢。采用这个材料模型，也可根据塑性应变定义失效。采用Cowper-Symbols模型考虑应变率的影响，它与屈服应力的关系为：
这里——有效应变率，C和P——应变率参数，——常应变率处的屈服应力，而是基于有效塑性应变的硬化函数。用MP命令输入弹性模量（Exx），密度(DENS)和泊松比(NUXY)。用TB，PLAW，，，，8和TBDATA命令的1-7项输入屈服应力、切线模量、失效的有效真实塑性应变、应变率参数C、应变率参数P、定义有效全应力相对于有效塑性真应变的载荷曲线ID 以及定义应变率缩放的载荷曲线ID。
TB,PLAW,,,,8
TBDATA,1,（屈服应力）
TBDATA,2,（切线模量）
TBDATA,3,（失效时的有效塑性真应变）
TBDATA,4,C（应变率参数）
TBDATA,5,P（应变率参数）
TBDATA,6,LCID1（定义全真应力相对于塑性真实应变的载荷曲线）
TBDATA,7,LCID2（关于应变率缩放的载荷曲线）
注--如果采用载荷曲线LCID1，则用TBDATA命令输入的屈服应力和切线模量将被忽略。另外，如果C和P设为0，则略去应变率影响。如果使用LCID2，用TBDATA命令输入的应变率参数C和P将被覆盖。只考虑真实应力和真实应变数据。在数据曲线一节中讲述了此种类型的例题。
注--例题参看B.2.16，PiecewiseLinear Plasticity Example：High Carbon Steel。
B.2.16. PiecewiseLinear Plasticity Example: High Carbon Steel
MP,ex,1,207e9 |
! Pa |
MP,nuxy,1,.30 |
! No units |
MP,dens,1,7830 |
! kg/m3 |
TB,PLAW,,,,8 |
|
TBDATA,1,207e6 |
! Yield stress (Pa) |
TBDATA,3,.75 |
! Failure strain |
TBDATA,4,40.0 |
! C (strain rate parameter) |
TBDATA,5,5.0 |
! P (strain rate parameter) |
TBDATA,6,1 |
! LCID for true stress vs. true strain (see EDCURVE below) |
*DIM,TruStran,,5 |
|
*DIM,TruStres,,5 |
TruStran(1)=0,.08,.16,.4,.75
TruStres(1)=207e6,250e6,275e6,290e6,3000e6
EDCURVE,ADD,1,TruStran(1),TruStres(1)
7.2.8.1刚性体模型
用EDMP命令定义刚性体，例如，定义材料2为刚性体，执行：EDMP，RIGIS，2。用指定材料号定义的所有单元都认为是刚性体的一部分。材料号以及单元的单元类型和实常数类型号用来定义刚体的PART ID。这些 PART ID用于定义刚性体的载荷和约束（如第4章所述，Loading）。刚体内的单元不必用连接性网格连接。因此，为了在模型中表示多个独立的刚性体。必须定义多个刚体类型。但是，两个独立刚体不能共同使用一个节点。
使用EDMP命令的同时，必须用MP命令定义刚体材料类型的杨氏模量（Ex），泊松比（NUXY）和密度（DENS）。必须指定实际的材料特性值，从而使程序能计算接触表面的刚度。基于此原因，在显动态分析中，刚性体不要用不切实际的杨氏模量或密度，刚体不能再变硬因为它已是完全刚硬的。
因为刚性体的质量中心的运动传递到节点上，所以不能用D命令在刚体上施加约束。刚体的一个节点上的约束和初始速度将转换到物体的质心。但是，如果约束了多个节点，就很难确定使用哪种约束。要正确在刚体上施加约束，使用EDMP命令的平移（VAL1）和转动（VAL2）约束参数域，表示如下：
VAL1-平移约束参数（相对于整体笛卡尔坐标系）
0 没有约束（缺省）
1 约束X方向的位移
2 约束Y方向的位移
3 约束Z方向的位移
4 约束X和Y方向的位移
5 约束Y和Z方向的位移
6 约束Z和X方向的位移
7 约束X，Y，Z方向的位移
VAL2-转动约束参数（相对于整体笛卡尔坐标系）
0 没有约束（缺省）
1 约束X方向的旋转
2 约束Y方向的旋转
3 约束Z方向的旋转
4 约束X，Y方向的旋转
5 约束Y和Z方向的旋转
6 约束Z和X方向的旋转
7 约束X，Y和Z方向的旋转
例如，命令EDMP,IGID,2,7,7将约束材料的刚体单元的所有自由度。
在定义刚体之后，可以用EDIPART命令指定惯性特性、质量和初始速度矢量。如果没有定义刚性体的惯性特性，程序将会依据有限元模型计算它们。
例题参看B.2.25,Rigid Material Example：Steel。
B.2.25. RigidMaterial Example: Steel
MP,ex,1,207e9 |
! Pa |
MP,nuxy,1,.3 |
! No units |
MP,dens,1,7580 |
! kg/m3 |
EDMP,rigid,1,7,7 |
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