3.3 材料模型种类及参数.ppt

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1、课课 程程 回回 顾顾有限元网格分类有限元网格分类空空 间间 边界形状边界形状 一一 维维 二二 维维 三三 维维 线性单元线性单元 二次单元二次单元 课课 程程 回回 顾顾Ansys网格划分步骤网格划分步骤 定义单元属性定义单元属性 定义网格生成控制定义网格生成控制 生成网格生成网格 定义单元类型定义单元类型 定义单元属性定义单元属性 实常数实常数 材料特性材料特性 课课 程程 回回 顾顾网格划分影响因素网格划分影响因素网格数量网格数量模型建模方法模型建模方法网格畸形网格畸形网格布局网格布局 网格走向网格走向 网格划分注意事项网格划分注意事项避免尖角避免尖角 单元疏密过渡单元疏密过渡 混合网

2、格划分实体混合网格划分实体略去结构细节略去结构细节课课 程程 回回 顾顾薄壳单元建模注意事项薄壳单元建模注意事项不同硬化指数时的胀形高度图不同硬化指数时的胀形高度图 a a）n=0.1 n=0.1 b b）n=0.2n=0.2 c c）n=0.3 n=0.3 d）n=0.43.3 材料模型种类及参数材料模型种类及参数3.3 材料模型种类及参数材料模型种类及参数材料的力学性能（或机械性能）指标为：材料的力学性能（或机械性能）指标为：弹性指标弹性指标弹性指标弹性指标：弹性模量弹性模量E:材料抵抗材料抵抗弹性弹性变形的能力变形的能力强度指标：强度指标：强度指标：强度指标：屈服强度屈服强度 ys -材

3、料发生屈服材料发生屈服极限强度极限强度 b -材料发生破坏材料发生破坏塑性指标塑性指标塑性指标塑性指标：延伸率延伸率 和和/或或 面缩率面缩率。opesybkk ys bE13.3 材料模型种类及参数材料模型种类及参数1)1)不同材料的拉伸不同材料的拉伸 曲线曲线脆性材料脆性材料脆性材料脆性材料无无 ysys,无颈缩，无颈缩，强度指标强度指标 b。弹性阶段弹性阶段-间也可有非线性关系。间也可有非线性关系。延性材料延性材料延性材料延性材料可以没有屈服平台，可以没有屈服平台，名义屈服强名义屈服强度度 0.2为为产生产生0.2%塑性应变时的应力。塑性应变时的应力。(%)0(MPa)10 205002

4、00A3钢钢(Q235)16Mn 500 0(%)(MPa)20010.5灰铸铁灰铸铁玻璃钢玻璃钢 0(%)(MPa)20050020铝合金铝合金球墨铸铁球墨铸铁青铜青铜 0 0.20.2%p=3.3 材料模型种类及参数材料模型种类及参数16Mn、A3钢拉伸曲线钢拉伸曲线锰钢锰钢硬铝硬铝球铁球铁青铜青铜拉伸拉伸曲线曲线灰灰铸铸铁铁、玻玻璃璃钢钢、拉拉伸伸曲线曲线3.3 材料模型种类及参数材料模型种类及参数 压缩与拉伸的压缩与拉伸的-曲线曲线 关于原点对称。关于原点对称。有基本相同的有基本相同的E、ysys。材料愈压愈扁，往往测材料愈压愈扁，往往测 不出抗压极限强度。不出抗压极限强度。延性材料延

5、性材料延性材料延性材料:拉、压缩机械性能常常有较大的拉、压缩机械性能常常有较大的拉、压缩机械性能常常有较大的拉、压缩机械性能常常有较大的区别，抗压极限强度区别，抗压极限强度区别，抗压极限强度区别，抗压极限强度 bcbc抗拉极限强度抗拉极限强度抗拉极限强度抗拉极限强度 btbt。如铸铁、混凝土、石料等。如铸铁、混凝土、石料等。如铸铁、混凝土、石料等。如铸铁、混凝土、石料等。脆性材料脆性材料脆性材料脆性材料：3.3 材料模型种类及参数材料模型种类及参数低碳钢压缩低碳钢压缩,愈压愈扁愈压愈扁铸铁压缩铸铁压缩,约约45454545 开裂开裂开裂开裂3.3 材料模型种类及参数材料模型种类及参数泊松泊松(

6、Poisson)比比沿载荷方向（纵向）的应变沿载荷方向（纵向）的应变沿载荷方向（纵向）的应变沿载荷方向（纵向）的应变:1 1=L L/L L0 0;垂直于载荷方向（横向）的应变：垂直于载荷方向（横向）的应变：垂直于载荷方向（横向）的应变：垂直于载荷方向（横向）的应变：2 2=(d-d=(d-d0 0)/d)/d0 0=-=-d/dd/d0 0材料沿加载方向伸长材料沿加载方向伸长材料沿加载方向伸长材料沿加载方向伸长/缩短的同时，缩短的同时，缩短的同时，缩短的同时，在垂直于加载方向发生的缩短在垂直于加载方向发生的缩短在垂直于加载方向发生的缩短在垂直于加载方向发生的缩短/伸长现象。伸长现象。伸长现象

7、。伸长现象。泊松效应泊松效应:横向与纵向应变之比的负值。横向与纵向应变之比的负值。横向与纵向应变之比的负值。横向与纵向应变之比的负值。=-=-2 2/1 1.泊松比泊松比泊松比泊松比 :xyzLd3.3 材料模型种类及参数材料模型种类及参数聚碳酸酯屈服应力与温度、应变速度之间关系聚碳酸酯屈服应力与温度、应变速度之间关系6061 T4 铝合金成形极限图铝合金成形极限图(电液成形电液成形)3.3 材料模型种类及参数材料模型种类及参数真应力、真应变真应力、真应变真应力、真应变真应力、真应变 真应力真应力真应力真应力 、真应变真应变真应变真应变 ：；一般工程问题：一般工程问题：eS=ln(1+e)=e

8、-e2/2+e3/3-e关系关系关系关系：均匀变形，假定体积不变，均匀变形，假定体积不变，A0 l 0=A l，则有：则有：l0dllF F l应变应变o应力应力均匀变形均匀变形S-e ysys b b-3.3 材料模型种类及参数材料模型种类及参数1)1)1)1)线弹性模型线弹性模型线弹性模型线弹性模型:=E (b；或或 ys)2)2)2)2)非线性弹性模型非线性弹性模型非线性弹性模型非线性弹性模型:=k=k n n (b b；或或或或 ysys)3.3 材料模型种类及参数材料模型种类及参数3)3)3)3)理想刚塑模型：理想刚塑模型：理想刚塑模型：理想刚塑模型：忽略弹性变形，也不考虑应变硬化。

9、忽略弹性变形，也不考虑应变硬化。当当 0时，时，=ys(ys)线弹性线弹性+理想塑性。理想塑性。当当 ys 时时,=E 当当 ys 时时,=ys=E ys (s sys)4)4)4)4)理想弹塑性模型：理想弹塑性模型：理想弹塑性模型：理想弹塑性模型：3.3 材料模型种类及参数材料模型种类及参数了解了解ANSYS/LS-DYNA材料模型材料模型主主 要要 内内 容容掌握特定材料模型的应用掌握特定材料模型的应用ANSYS网格划分方法及特点网格划分方法及特点学会定义材料模型各参数属性学会定义材料模型各参数属性3.3 材料模型种类及参数材料模型种类及参数自定义材料模型自定义材料模型应力应变曲线的输入；

10、应力应变曲线的输入；应力应变曲线的添加；应力应变曲线的添加；应力应变的列表；应力应变的列表；应力应变的显示；应力应变的显示；00.050.10.150.200.250.300.350.400.450206302341363384396407417420材料应力与应变曲线材料应力与应变曲线3.3 材料模型种类及参数材料模型种类及参数材料模型材料模型线性线性非线性非线性离散单位模型离散单位模型结合状态方程定义结合状态方程定义材料模型材料模型弹性材料弹性材料泡沫材料泡沫材料非线无弹性材料非线无弹性材料刚性材料刚性材料状态方程状态方程用命令定义材料模型用命令定义材料模型刚性材料刚性材料3.3 材料模型

11、种类及参数材料模型种类及参数线线 弹弹 性性各各 向向 同同 性性正交各向异性正交各向异性各各 向向 异异 性性流流 体体 弹弹 性性弹性材料弹性材料非线弹性非线弹性Blatz-Ko模型模型Mooney-Rivlin模型模型Viscoelastic 模型模型3.3 材料模型种类及参数材料模型种类及参数各各 向向 同同 性性正交各向异性正交各向异性3.3 材料模型种类及参数材料模型种类及参数名称名称弹性模量弹性模量E/E/切变模量切变模量G/G/泊松比泊松比GPaGPaGPaGPa灰、白口铸铁灰、白口铸铁11511516016045450.230.230.270.27球墨铸铁球墨铸铁151151

12、16016061610.250.250.290.29碳钢碳钢20020022022081810.24-0.280.24-0.28合金钢合金钢21021081810.250.250.30.3铸钢铸钢17517570-8470-840.250.250.290.29硬铝合金硬铝合金71712727冷拔黄铜冷拔黄铜9191999935-3735-370.320.320.420.42轧制纯铜轧制纯铜11011040400.310.310.340.34轧制锌轧制锌848432320.270.27轧制铝轧制铝696926-2726-270.320.320.360.36铅铅17177 70.420.42 常用

13、材料的弹性模量及泊松比常用材料的弹性模量及泊松比3.3 材料模型种类及参数材料模型种类及参数各各 向向 异异 性性矩阵常数可由（矩阵常数可由（Ex，Ey，Gxy，Uxy）换算得到）换算得到3.3 材料模型种类及参数材料模型种类及参数Bulk Modulus流流 体体 弹弹 性性主要用于模拟动态冲击下的盛满流体的容器主要用于模拟动态冲击下的盛满流体的容器3.3 材料模型种类及参数材料模型种类及参数BLatz-Ko模型模型Mooney Rivlin模型模型C01和和C10为为M R常数常数3.3 材料模型种类及参数材料模型种类及参数非线性无弹性材料模型非线性无弹性材料模型与应变速率无关的各向同性材

14、料与应变速率无关的各向同性材料与应变率无关的各向同性与应变率无关的各向同性经典双线性随动硬化（经典双线性随动硬化（BKIN）经典双线性各向同性硬化（经典双线性各向同性硬化（BISO）与温度有关的双线性各向同性与温度有关的双线性各向同性与应变速率有关的各向同性材料与应变速率有关的各向同性材料与应变速率有关的各向异性材料与应变速率有关的各向异性材料3.3 材料模型种类及参数材料模型种类及参数等向强化屈服面变化等向强化屈服面变化随动强化屈服面变化随动强化屈服面变化主应力空间中的主应力空间中的Mises屈服准则屈服准则3.3 材料模型种类及参数材料模型种类及参数混合强化屈服面变化混合强化屈服面变化3.

15、3 材料模型种类及参数材料模型种类及参数经典双线性随动硬化（经典双线性随动硬化（BKIN）采用两个斜率（弹性斜率和塑性斜率）描述材料应力与应变特征采用两个斜率（弹性斜率和塑性斜率）描述材料应力与应变特征双线性随动应化材料模型 3.3 材料模型种类及参数材料模型种类及参数经典双线性各向同性硬化（经典双线性各向同性硬化（BISO）3.3 材料模型种类及参数材料模型种类及参数与温度有关的双线性各向同性与温度有关的双线性各向同性3.3 材料模型种类及参数材料模型种类及参数与应变速率有关各向同性材料与应变速率有关各向同性材料随动塑性材料模型随动塑性材料模型Rate Dependent材料模型材料模型Po

16、werlaw材料模型材料模型3.3 材料模型种类及参数材料模型种类及参数随动塑性材料模型随动塑性材料模型是各向同性和随动硬化的混合模型是各向同性和随动硬化的混合模型c、p是应变常数3.3 材料模型种类及参数材料模型种类及参数幂指数塑性模型幂指数塑性模型 Power Law Plasticity Model 应变应变速率，速率，和和 Cowper-Symonds应变应变率参数，率参数，即将屈服即将屈服时时的的弹弹性性应变应变，等效塑性等效塑性应变应变，强强化系数，化系数，硬化系数硬化系数3.3 材料模型种类及参数材料模型种类及参数应变率相关的塑性模型应变率相关的塑性模型 Strain Rate

17、Dependent Plasticity Model 初始屈服应力初始屈服应力 等效应变率等效应变率 等效塑性应变等效塑性应变。3.3 材料模型种类及参数材料模型种类及参数4140不同应变速率时的材料参数不同应变速率时的材料参数应变应变速率速率0.00.080.160.41.0初始屈服初始屈服应应力力207e6250e6275e6290e6300e6弹弹性模量性模量209e9211e9212e9215e9218e9初始屈服应力等效应变速率关系曲线初始屈服应力等效应变速率关系曲线LCID1LCID2弹性模量等效应变速率关系曲线弹性模量等效应变速率关系曲线 切线模量等效应变速率关系曲线切线模量等效

18、应变速率关系曲线 LCID3Von Mises等效应力与等效应变速率关系曲线等效应力与等效应变速率关系曲线 LCID43.3 材料模型种类及参数材料模型种类及参数率敏感幂指数塑性模型率敏感幂指数塑性模型 Rate Sensitive Power Law Plasticity Model3.3 材料模型种类及参数材料模型种类及参数刚体模型刚体模型 用刚体模型定义有限元模型中刚硬部分可以大大缩减分析用刚体模型定义有限元模型中刚硬部分可以大大缩减分析计算时间，这是由于定义刚体后，刚体内所有自由度都耦合到计算时间，这是由于定义刚体后，刚体内所有自由度都耦合到刚体质量中心，不论定义多上个节点，刚体仅有六

19、个自由度。刚体质量中心，不论定义多上个节点，刚体仅有六个自由度。3.3 材料模型种类及参数材料模型种类及参数材料模型选择要点材料模型选择要点 对于每种单元，要参考单元手册选择材料模；对于每种单元，要参考单元手册选择材料模；对于每种材料模型，并非所有参数与选项都要输入；对于每种材料模型，并非所有参数与选项都要输入；定义材料属性时，确保使用单位制一致，不正确的单定义材料属性时，确保使用单位制一致，不正确的单位制不仅会影响材料相应，而且影响接触刚度的计算位制不仅会影响材料相应，而且影响接触刚度的计算;多查材料手册，尽量获取准确的材料数据。多查材料手册，尽量获取准确的材料数据。3.3 实例操作与作业实例操作与作业1Cr18Ni9Ti板材力学性能板材力学性能s(MPa)b(MPa)E(GPa)K(MPa)n2065392009800.353.3 实例操作与作业实例操作与作业