1、材料的定义,第3-1章,March 7, 2002 Inventory #001630 3-2,材料的定义 本章目标,本章内容覆盖了ANSYS/LS-DYNA中材料模式的选择与定义 标题: 现有的材料模型 ANSYSLS-DYNA材料的图形操作界面（GUI） 输入材料数据 线弹性材料 非线性弹性材料 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 应变率相关各向异性塑性材料 压力相关塑性材料 温度敏感塑性材料 状态方程模型,March 7, 2002 Inventory #001630 3-3,材料的定义 本章目标,标题 (续): 空材料 损伤模型 泡沫材料 离散单元性质 索
2、单元性质 刚性材料 一般材料定义指导 材料定义练习,March 7, 2002 Inventory #001630 3-4,材料的定义 A. 可用的材料模型,ANSYS/LS-DYNA支持比ANSYS隐式更大的材料库，因此，它几乎能模拟任何实际问题。ANSYS/LS-DYNA材料库提供许多特性，其中包括 : 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 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5组GUI菜单: Linear Nonlinear Equation of State Discrete Element Properties Rigid
3、Materials,March 7, 2002 Inventory #001630 3-5,材料的定义 B. ANSYS/LS-DYNA材料图形用户界面,材料GUI目录树图结构与隐式ANSYS一致,March 7, 2002 Inventory #001630 3-6,材料的定义 . ANSYS/LS-DYNA材料图形用户界面,现有的ANSYS/LS-DYNA材料库包括:,March 7, 2002 Inventory #001630 3-7,材料的定义 ANSYS/LS-DYNA材料图形用户界面,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 不再使用MPMOD和MPUNDO
4、命令 图形用户界面能接受直接批处理输入方式 (w/o MPMOD),March 7, 2002 Inventory #001630 3-8,材料的定义 C. 输入材料数据,ANSYS/LS-DYNA中大多数材料需要输入密度 (DENS), 杨氏模量(EX)和泊松比 (NUXY or PRXY) , 这些定义都使用MP命令。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EDCURVE 定义载荷曲线: Preprocessor Material Props Curve Options .通常，应力应
5、变数据是指真应力与真应变格式,March 7, 2002 Inventory #001630 3-9,材料的定义 . 输入材料数据,通过EDCURVE, LIST或EDCURVE, PLOT命令检查应力应变数据,March 7, 2002 Inventory #001630 3-10,材料的定义 D. 线弹性材料,线弹性材料中包括四种不同的材料模型: 流体 : 充满流体的容器在冲击载荷下的弹性性质 各向同性 : 材料性质各个方向都相同 正交各向异性 : 3个相互正交对称平面上的性质不同 各向异性 : 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虎克定律来定义:流体 :
6、 EDMP, FLUID, MAT, K 弹性流体模型要求输入DENS（密度）、K（体积模量） 体积模量可以通过EDMP命令直接输入或者由EX和NUXY的值用下式自动计算:,March 7, 2002 Inventory #001630 3-11,材料的定义 . 线弹性材料,各向同性 : 大多数工程材料（例如钢铁）都是各向同性的 通过DENS、EX和NUXY定义即可正交各向异性 : EDMP, ORTHO 正交各向异性材料通过9个独立的常数和DENS定义 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(EXX, EZZ, NUXY, NUXZ, GXY)和 DENS定义 正交各向
7、异性材料的定义与EDLCS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 : EDMP, ORTHO 和 TB, ANEL 各向异性材料通过21个相互独立的参数和DENS定义 使用局部坐标系 (EDLCS) 和数据表 (TB,ANEL),March 7, 2002 Inventory #001630 3-12,材料的定义 E. 非线性弹性材料,非线性弹性材料包括三种材料模型: Blatz-Ko模型: 可压缩泡沫材料（例如聚氨酯橡胶） Mooney-Rivlin模型 : 不可压橡胶材料 粘弹性材料
8、: 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。所有的超弹材料(Blatz-Ko 和 Mooney-Rivlin)应变是可逆的，但是粘弹性材料粘性部分的应变是不可逆的，弹性应变部分是可逆的。Blatz-Ko 超弹模型 : Blatz-Ko 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 (NUXY)为 0.463，因此仅需要输入DENS和GXY 材料响应通过应变能密度函数W定义,March 7, 2002 Inventory #001630 3-13,材料的定义 . 非线性弹性材料,Mooney-Rivlin 超弹材料 : TB, MOONEY, , ,
9、 , TBOPT 用于定义不可压缩橡胶的材料响应 与ANSYS隐式双参数模型基本相同 需要输入DENS, NUXY, 和常数C10 和 C01 为保证不可压缩性质, NUXY 必须在 0.49和0.50间取值Mooney-Rivlin系数可以直接输入(TBOPT=0)或者通过LS-DYNA对测试数据的计算得到 (TBOPT=2)。对后一种情况，举例如下: TB, MOONEY, 1, , , 2 ! 材料1的计算数据 TBDATA, 1, 0.0, 0.0 ! C10 和 C01 设为零 TBDATA, 3, L0 , w, t ! 样品的原始长度、宽度和厚度 TBDATA, 6, LCID
10、! 长度变化与力载荷曲线数据 注: 如果L0 , w和t都等于1.0, 那么LCID =工程应力vs. 应变材料响应通过应变能密度函数W定义： 1 , 2 和 3 是应变不变量，K 是体积模量。,March 7, 2002 Inventory #001630 3-14,材料的定义 . 非线性弹性材料,粘弹性材料 : TB, EVISC 这类材料具有弹性（变形可恢复）部分和粘性（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剪切关系由下式表达:除了密度 DENS, 还需输入以下参数: Go = 短期 (初始) 弹性剪切模量 G = 长期 (无限)弹性剪切模量 K = 弹性体积模量 1/
11、= 衰减常数,March 7, 2002 Inventory #001630 3-15,材料的定义 F. 塑性材料,塑性材料模型包含ANSYS/LS-DYNA中大多数非线性非弹性材料。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。塑性模型可以分为五类: 类别 1：应变率和塑性无关的各向同性材料 类别 2: 应变率和塑性相关的各向同性材料 类别 3: 应变率和塑性无关的各向异性材料 类别 4: 压力相关塑性 类别 5: 温度敏感塑性为分析材料选择正确的类别非常重要， 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。,March 7, 20
12、02 Inventory #001630 3-16,材料的定义 . 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 (EOS)。这些方程将会在介绍完所有的塑性模型后进行详细的讨论。,March 7, 2002 Inventory #001630 3-17,材料的定义 G. 应变率无关各向同性塑性材料,类别1: 应变率和塑性无关的 各向同性材料 1a: 经典的双线性随动硬化 (BKIN) 1b: 经典的双线性等向硬化 (BISO)BKIN 和 BISO : TB, BKI
13、N 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），以及大多数工程材料中（钢、铝、铸铁等）。两种模型都有两个斜率，弹性模量(EX)和切向模量(ETAN) 来表达材料的应力应变行为。 BKIN和BISO模型所需输入的参数相同 : MP命令定义DENS, EX和NUXY TB和TBDATA命令定义屈服应力和切向模量,March 7, 2002 Inventory #001630 3-18,材料的定义 .应变率无关各向同性塑性材料,BKIN和BISO模型的差别仅在于硬化假设不同。 随动硬化假设二次屈服发生在2y 等向硬化假设二次屈服发生在2maxBISO模型允
14、许有温度相关: 预加热载荷分析和热瞬态分析 (见第2-1章) 指定六个温度条件下的材料数据 使用MPTEMP, MPDATA, TBTEMP和TBDATA 设定高屈服应力模拟热弹性材料,March 7, 2002 Inventory #001630 3-19,类别2:应变率和塑性相关的 各向同性材料 2a: 塑性随动: 带有失效应变的Cowper-Symonds模型 2b:幂率硬化: 带有强度和硬化系数的Cowper-Symonds模型 2c: 分段线性: 带有多线性曲线和失效应变的Cowper-Symonds模型 2d: 率相关: 通过载荷曲线和失效应力定义应变率 2e: 应变率敏感: 超塑
15、性成形的Ramburgh-Osgood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 模型2a - 2c利用Cowper-Symonds 模型，模型的屈服应力与应变率因子有关:,材料的定义 H.应变率相关各向同性塑性材料,C和P是Cowper-Symonds应变率参数。,March 7, 2002 Inventory #001630 3-20,塑性随动 : TB, PLAW, , , , 1 双线性硬化塑性 (y 和 ETAN)硬化参数 在 0 (kinematic) 和 1 (isotropic)之间失效应变决定删除失效单元屈服应力:,材料的定义 .应变率相关各向同性塑性材
16、料,其中 0 是初始屈服应力,peff 是有效塑性应变,Ep 是塑性硬化模量，由此公式确定 :,March 7, 2002 Inventory #001630 3-21,材料的定义 .应变率相关各向同性塑性材料,幂率硬化 : TB, PLAW, , , , 4带有双线性等向强化的塑性行为强度系数k和硬化系数n定义的幂率硬化屈服应力:,其中e 是弹性应变。,March 7, 2002 Inventory #001630 3-22,材料的定义 .应变率相关各向同性塑性材料,分段线性 : TB, PLAW, , , , 8模型在求解时非常有效，通常用于碰撞分析与ANSYS 隐式中的TB, MISO模
17、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输入失效应变，以确定需要删除的单元屈服面由 Cowper-Symonds 模型针对率相关进行缩放,March 7, 2002 Inventory #001630 3-23,材料的定义 .应变率相关各向同性塑性材料,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(E) 、屈服应力(y) 、切向模量(ETAN)和失效应力(FAIL)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:,其中LCID 1 = defines y as a function of LCID 2 = defin
18、es E as a function ofLCID 3 = defines ETAN as function ofLCID 4 = defines effective von Mises stress at failure as a function of,March 7, 2002 Inventory #001630 3-24,材料的定义 .应变率相关各向同性塑性材料,应变率敏感 : TB, PLAW, , , , 2 是专门用于超塑性成形的特定模型。Ramburgh-Osgood本构关系的屈服应力如下 :,其中 k 是材料系数, m 是硬化系数, n 是应变率参数, 是应变率。,March
19、 7, 2002 Inventory #001630 3-25,材料的定义 I.应变率相关各向异性塑性材料,类别 3:应变率相关各向异性塑性材料 3a: 横向各向异性: 应变率相关Hills屈服准则 3b: 3参数Barlat: 用于铝板成形等正交各向异性模型 3c: Barlat各向异性: 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化模型3a用于模拟常规各向异性材料的高应变率成形过程 模型3b和3c由ALCOA开发专用于金属铝的加工成形 模型3d专用于钣金成形,March 7, 2002 Inventory #001630 3-26,材料的定义 .应变率相关各向异性塑性材料
20、,横向各向异性 : TB, PLAW, , , , 7 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 屈服应力:,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定义:,March 7, 2002 Inventory #001630 3-27,材料的定义 .应变率相关各向异性塑性材料,3参数Barlat : TB, PLAW, , , , 3开发用于铝板在平面应力状态下的钣金成形对于线性硬化准则, 输入 y 和 ETAN 对于指数硬化准则, 输入 n 和 m 推荐的Barlat指数: 体心立方晶格（BCC）金属取m=6，面心立方晶格（FC
21、C）金属取 m=8正交各向异性Lankford系数用于长度与厚度比正交各向异性材料的坐标系通过EDMP命令输入,March 7, 2002 Inventory #001630 3-28,材料的定义 .应变率相关各向异性塑性材料,Barlat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，特别是铝大多用于实体材料（例如非板材）实验确定6个各向异性参数: a,b,c,f,g,h推荐的Barlat指数: 体心立方晶格金属取m=6，面心立方晶格金属取 m=8屈服应力: y=k(o+ p)n其中 o 和 p 是初始屈服应变和塑性应变,March 7, 2002
22、 Inventory #001630 3-29,材料的定义 .应变率相关各向异性塑性材料,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仅用于壳单元屈服行为可以通过sy和ETAN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,March 7, 2002 Inventory #001630 3-30,应力应变行为也可以通过多达16个数据点来定义。 线性多项式状态方程也必须给定 (EOSOPT)。,材料的定义 J.压力相关塑性材料,类别4: 压力相关塑性 4a: Elastic-Plastic Hydrodynami
23、c: 在大应变下会失效的材料 4b: Geological Cap Model: 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Sy和ETAN来定义屈服强度 :,其中塑性硬化模量 Eh通过E 和 ETAN定义,March 7, 2002 Inventory #001630 3-31,材料的定义 .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 地质力学问题或混凝土类材料 双不变量盖帽理论
24、扩展至包含随动强化 采用剪切模量代替弹性模量模型的详细信息请参考LS-DYNA理论手册（在与ANSYS6.0理论手册的同一张光碟上）。,March 7, 2002 Inventory #001630 3-32,材料的定义 K.温度敏感塑性材料,类别5: ANSYS/LS-DYNA中有四种塑性模型来描述温度效应. 大部分模型需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 5b: Johnson-Cook: 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 5d: Steinberg: 极高应变率条件下
25、(105)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 内部状态方程变量通过常数Ai直接输入模型，无需定义附加状态方程。 Bamman模型需要输入流动应力参数Ci,March 7, 2002 Inventory #001630 3-33,A, B, C, m, 和n 是用实验方法确定的常数， p是有效塑性应变 也需要输入有效塑性应变率，由下式给出:,材料的定义 .温度敏感塑性材料,Johnson-Cook : TB, EOS, , , , 1, EOSOPT Johnson-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
26、的开发源自弹道学 需要输入 DENS, EX, 和 NUXY 屈服应力:,March 7, 2002 Inventory #001630 3-34,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D1-D5 ，失效应变可以并入到模型中:其中 Johnson-Cook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(EOSOPT 后面讨论)。,材料的定义 .温度敏感塑性材料,March 7, 2002 Inventory #001630 3-35,材料的定义 .温度敏感塑性材料,Zerilli-Armstrong : TB, EOS, , , , 3, EOSOPT
27、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、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。 Zerilli-Armstrong模型需输入流动应力 (Ci), 温度 (Bi) 和热容(Gi)系数。,March 7, 2002 Inventory #001630 3-36,材料的定义 .温度敏感塑性材料,Steinberg : TB, EOS, , , , 5, EOSOPT 带失效的高应变率(105)的固体变形 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 状态方程(EOS)决定压力,March 7, 2002 Inventory
28、#001630 3-37,材料的定义 L. 状态方程 (EOS),ANSYS/LS-DYNA中有三种不同类型的 EOS : 线性多项式 : EOS 是内能的线性方程 Gruneisen : EOS 通过两种方式定义压力体积关系 列表格式（ Tabulated ）: 简化的EOS ，也是内能的线性方程线性多项式 : EOSOPT = 1 EOS 是内能的线性方程 压力由和线性系数Ci决定:P = C0 + C1 + C22 + C33 + (C4 + C5 +C62) E其中 = /0 1 ， 和 0 是当前和初始密度,March 7, 2002 Inventory #001630 3-38,材
29、料的定义 .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-质点速度的Gruneisen状态方程通过和Gruneisen系数C, a, S1, S2, S3及0定义压力，对压缩材料：,列表格式（Tabulated） : EOSOPT = 3 EOS是内能的线性方程. 压力为: P = Ci (vi) + Ti (vi) E 其中 Ci 和 Ti 分别是体积压力和温度, vi 是体积应变,March 7, 2002 Inventory #001630 3-39,材料的定义 M. 空材料,空材料 : TB, EOS, ,
30、, , 2, EOSOPT 空材料允许在不计算偏应力的条件下考虑状态方程 空材料大多用于鸟撞分析 需要输入密度DENS和截止压力。对空的梁和壳需要输入EX 和 NUXY 也可定义拉压下的粘性和侵蚀（可选） EOSOPT 需设定为1、2或3来指定参考的状态方程,March 7, 2002 Inventory #001630 3-40,材料的定义 N. 损伤模型,ANSYS/LS-DYNA有两种损伤模型: 混凝土损伤: 冲击载荷下的钢筋混凝土 复合材料损伤: 用于吸能的复合材料失效分析混凝土损伤: TB, CONCR, , , , 2 仅用于SOLID164单元, 需要输入泊松比、密度、混凝土和加
31、强钢筋常数 必须使用列表格式状态方程复合材料损伤: 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） 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,March 7, 2002 Inventory #001630 3-41,材料的定义 O. 泡沫材料,ANSYS/LS-DYNA有5种不同的泡沫材料模型: 闭室泡沫: 低密度泡沫材料 (例如聚氨酯泡沫) 低密度泡沫: 高度可压缩性材料 (例如座垫) 粘性泡沫: 用在碰撞跌落模拟中的能量吸收泡沫 可压碎泡沫: 永久性压碎材料 (例如聚苯乙烯) 蜂窝材料: 正交各向异性压碎泡沫特定
32、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,March 7, 2002 Inventory #001630 3-42,材料的定义 . 泡沫材料,闭室泡沫: TB, FOAM, , , , 1 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 被近似地设为零 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,
33、March 7, 2002 Inventory #001630 3-43,材料的定义 . 泡沫材料,低密度泡沫 : TB, FOAM, , , , 2 主要用于模拟汽车座垫 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
34、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,March 7, 2002 Inventory #001630 3-44,材料的定义 . 泡沫材料,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）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,March 7, 2
35、002 Inventory #001630 3-45,材料的定义 . 泡沫材料,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）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,March 7, 2002 Inventory #001630 3-46,材料的定义 . 泡沫材料,蜂窝材料 : TB, FOAM, , , , 5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
36、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,March 7, 2002 Inventory #001630 3-47,材料的定义 P. 离散单元性质,COMBI165 离散单元要求有弹簧或阻尼性质 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 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: 线弹性弹簧 (TB, DISCRETE, , , , 0) 通用非线性 (TB, DISCRETE, , , , 5) 非线性弹性弹簧 (TB,
37、 DISCRETE, , , , 3) 弹性塑料弹簧 (TB, DISCRETE, , , , 2) 非弹性拉压 (TB, DISCRETE, , , , 7) Maxwell粘性弹簧 (TB, DISCRETE, , , , 6)离散阻尼性质的两个选项: 线性粘性阻尼 (TB, DISCRETE, , , , 1) 非线性粘性阻尼 (TB, DISCRETE, , , , 4),March 7, 2002 Inventory #001630 3-48,材料的定义 Q. 索单元性质,LINK167 单元需要有索材料属性单元压缩时（松弛状态）不承担载荷需要定义密度 (DENS)和弹性模量(EX)
38、索链刚度: K = (E) (Area0) / (L0 Offset)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刚度,March 7, 2002 Inventory #001630 3-49,材料的定义 R. 刚性材料,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. 下述几点很重要: 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，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。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Parts，采用完全相同的单元类型、
39、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动特性,March 7, 2002 Inventory #001630 3-50,材料的定义 S. 一般材料定义指导,并非所有材料都支持每一种单元类型。查阅单元手册来决定采用哪种模型。 一些模型需要说明状态方程来完成材料的定义。 对每种材料模型，并非所有的常数和选项都需要输入。例如带有Cowper-Symonds常数的应变率相关塑性材料的常数设为零，就可以用作率无关模型。这可以用作处理允许的失效应变 定义材料性质时单位要一致。不正确的单位不仅影响材料响应，也会影响接触刚度。单位的
40、错误甚至可能导致模型无法求解。 不要低估精确材料数据的重要性。多花些精力以获得精确的数据。,March 7, 2002 Inventory #001630 3-51,材料的定义 T. 材料定义练习,本练习讨论的问题是: 练习3-1. 弹簧质量阻尼系统响应模拟,接触面,第 3-2章,March 7, 2002 Inventory #001630 3-53,接触面 本章目标,本章是关于接触面的内容. 介绍了不同的算法及推荐使用的算法。 主题: 接触面概述 单面接触算法 点对面接触算法 面对面接触算法 一般接触类 自动接触类 刚性接触类 固连接触类 固连失效接触类,March 7, 2002 Inv
41、entory #001630 3-54,接触面 本章目标,主题 (续): 侵蚀接触类 边接触类 拉延筋接触类 成形接触类 2-D 接触类 定义基本接触 接触的列表和显示 接触的删除/撤消/激活 高级接触控制 一般接触指导 接触面的练习,March 7, 2002 Inventory #001630 3-55,接触表面 A. 接触表面概述,在ANSYS/LS-DYNA中，定义接触有很多方法. 不同之处包括接触面如何描述，接触罚函数如何表达, 以及不同算法间存在的优缺点。 对一些接触模型， 接触面被用来定义接触体的表面. 这与隐式ANSYS 中的新的面对面算法是类似的, 只是用户不必定义这些接触面
42、本身， ANSYS/LS-DYNA 会通过指定的节点组元自动生成接触面。另外一些接触模型允许模型的任何表面与其他表面接触， 包括它本身。 这种完全任意接触实际上是最容易定义的, 而且在预先不知接触表面（如整车碰撞模拟）时是非常有用的。,March 7, 2002 Inventory #001630 3-56,接触表面 . 接触表面概述,一般来说，当一个接触（从）节点或接触面穿透目标（主）面时, 恢复力（罚力）会迫使之返回边界。接触罚刚度由LS-DYNA程序基于接触体的杨氏模量自动计算而得。 这就是在定义刚体（材料）时，必须定义真实的杨氏模量的重要原因。ANSYS/LS-DYNA 可以模拟很大范
43、围的接触状态: 表面抛光 通过定义带有剪切失效应力的速度相关的摩擦来实现。 侵蚀接触 当表面单元失效时，允许接触表面延伸到内部单元。 边缘接触 允许一个壳单元的边检测另一个壳的边不同于面面接触的一种特性。,March 7, 2002 Inventory #001630 3-57,接触表面 . 接触表面概述,在ANSYS/LS-DYNA中定义接触时, 只需要简单地指出接触表面（不总是必需的）、接触类型以及与给定接触类型相关的任何特定参数。由于许多不同的接触类型可以使用，因此确定哪一种接触类型能最准确的描述所建模型常常是非常困难的。理解ANSYS/LS-DYNA所提供的不同接触算法和接触类型对正确
44、选择给定模型的接触面是非常重要的。 接触算法是程序处理接触面的方法。有三种不同的算法： 单面接触 点对面的接触 面对面的接触,March 7, 2002 Inventory #001630 3-58,接触表面 接触表面概述,接触类型是指具有某些特定的相似属性的一系列接触类型 。这里有十种不同的接触类: 一般接触 自动接触 刚性接触 固连接触 固连失效接触 侵蚀接触 边接触 拉延筋接触 成形接触 二维接触ANSYS/LS-DYNA 支持 24 种此类接触算法和接触类型的组合。,March 7, 2002 Inventory #001630 3-59,每种接触算法和接触类型都将详细介绍，以帮助我们
45、选择能够精确体现所模拟物理现象的最合理的接触模型。,接触表面 接触表面概述,March 7, 2002 Inventory #001630 3-60,接触表面 B. 单面接触算法,当一个体的外表面接触其自身或其他体的外表面时，可用单面接触算法建立接触。单面接触是最常见的接触类型 这是由于ANSYS/LS-DYNA 程序自动搜索模型的外部表面以确定是否发生穿透。,由于包括了所有的外部表面, 因此不需要定义接触和目标表面。单面接触对于处理接触区域不能提前预知的自接触或大变形问题是非常有效的。,March 7, 2002 Inventory #001630 3-61,接触表面 . 单面接触算法,AN
46、SYS/LS-DYNA中的单面接触算法处理有限的接触表面时只会引起CPU时间很少量的增加。大多数冲击和碰撞的问题需要定义单面接触，因为有的接触表面是不能预知的。当接触单元的接触穿透超过单元厚度的40%，单面接触算法将被自动解除。 这对以下状态存在潜在的问题: 过薄的部件 具有低刚度值的柔性材料 非常高速运动的物体之间的接触,March 7, 2002 Inventory #001630 3-62,接触表面 . 单面接触算法,这些状况会导致接触节点超出40%的深度条件 。接触算法将假设表面不再接触，而且将会发生材料渗透，最终接触节点残留在目标表面后面。单面接触算法不在ASCII rcforc的文
47、档中记录总的接触力 。如果想得到接触力，则应该采用点对面或面对面算法。单面接触算法包括以下接触模型: 单面 (SS)， 自动单面 (ASSC)，自动一般 (AG)， 侵蚀单面 (ESS)，单边 (SE)，和二维自动单面 (ASS2D) 。,March 7, 2002 Inventory #001630 3-63,当接触节点穿透目标表面时，采用点对面接触算法建立接触。因其不对称性，此法是最快捷的算法， 此算法只处理冲击目标表面的接触节点。对于点对面接触算法, 必须定义接触和目标表面的节点的组元或part （part集）号，这类似于ANSYS 隐式方法。点对面接触算法对于接触区域相对较小而且接触区
48、域已提前预知的情况非常有效。并对节点与刚体的接触也非常有效。,接触表面 C. 点对面接触算法,March 7, 2002 Inventory #001630 3-64,以下是用于点对面接触的指南 :,TARGET SURFACE,CONTACT NODES,平面或凹面应作为目标面而凸面应作为接触面较粗网格应为目标面 而较细网格应为接触面3. 对拉延筋接触，拉延筋总是节点接触表面而板料则是目标面。,接触表面 .点对面接触算法,点对面接触算法在ASCII rcforc的文档中记录接触合力 。点对面接触算法包括以下接触模型: NTS, ANTS, RNTR, TDNS, TNTS, ENTS, DR
49、AWBEAD, FNTS,March 7, 2002 Inventory #001630 3-65,当一个体的表面穿透另一个体的表面时，采用面对面接触算法建立接触。面对面接触是完全对称的，因此接触面与目标面的选择是任意的。对面对面接触，需要定义接触面&目标面节点组元或part （或part集）号。节点可以属于多个接触表面。面对面接触是一种普遍的算法，常应用到具有大的接触区域且接触表面已知的情况。,接触表面 D. 面对面接触算法,March 7, 2002 Inventory #001630 3-66,面对面接触算法在ASCII rcforc的文档中记录接触合力 。面对面接触算法包括以下接触模型: STS, OSTS, ASTS, ROTR, TDSS, TSES, TSTS, ESTS, FSTS, FOSS,
