ansys高级非线性分析五粘弹性

粘塑性五AdvancedStructuralNonlinearities6.0TrainingManualSeptember30,2001Inventory#0014915-2粘塑性本章综述•前一章讨论了ANSYS的蠕变选项，本章主要讨论ANSYS中可用的三种其它粘塑性本构模型。•本章包括下列主题:A.粘塑性背景B.RATE粘塑性选项(PerzynaandPeirce)C.ANAND粘塑性选项(Anand模型)D.粘塑性模型的求解过程AdvancedStructuralNonlinearities6.0TrainingManualSeptember30,2001Inventory#0014915-3粘塑性A.粘塑性背景•与前述的率无关塑性相反,率相关塑性与应变速率或时间有关。从材料的观点看,粘塑性和蠕变是相同的。–通常,对工程用途,蠕变用于描述在恒载荷下应变的变化。通常当温度达到材料熔点的30-60%时,蠕变变形就很重要，而且,时间更长，蠕变和塑性应变解耦。–ANSYS中,Perzyna和Peirce模型(TB,RATE)意味着高应变率(即冲击)载荷状态，非弹性应变是不解耦的。–Anand模型与ANSYS蠕变法则类似,主要区别是使用了一个内部变量，变形抗力,来表示对非弹性材料流动的各向同性抗力。AdvancedStructuralNonlinearities6.0TrainingManualSeptember30,2001Inventory#0014915-4粘塑性...粘塑性理论的背景•ANSYS中率相关塑性模型的总结:1“RATE”包括Peirce和Perzyna模型。2对隐式蠕变,温度相关的材料常数可用3核心单元=PLANE42,SOLID45,PLANE82,SOLID92,SOLID9518x单元=LINK180,SHELL181,PLANE182-183,SOLID185-187,BEAM188-189CREEPRATE1ANANDBehaviorIsotropicoranisotropiccreep(seeHILLbelow)Isotropicoranisotropicviscoplasticity(seeHILLbelow)IsotropicYieldSurfaceNoexplicitlydefinedyieldsurfaceIncludesyieldsurfaceNoexplicitlydefinedyieldsurface.However,includesevolutionequation.Combinationwithrate-independentplasticityPossibletocombinewithplasticity,whichisdecoupledwithcreepstrainsRate-independentplasticitymodelisrequired.InelasticstrainsarecoupledNoadditionalrate-independentplasticityallowed.InelasticstrainsarecoupledBISO,MISO,NLISO,BKIN,HILLBISO,MISO,NLISO,HILLNoneStrainRatesSuitableforsmallstrainratesSuitableforlargestrainratesSuitableforsmallstrainratesTimescaleLongperiods,creepandplasticityhavedifferenttimescalesShortperiods,usuallyforimpact-typeproblemsShort/mediumperiodsTemperatureEffectsTemperatureeffectsincludedaspartofequation(ormaterialconstantscanbetemperature-dependent)2Caninputtemperature-dependentmaterialconstants,butequationsdonotconsidertempeffectsdirectlyAnand'sequationconsiderstemperatureeffectsdirectly.Noneedtoinputtemperature-dependentmaterialconstantsSupportedElementTypes3Implicit-coreand18xExplicit-coreandmiscCoreand18xVISCO106-108Strainrate-ortime-dependentAdvancedStructuralNonlinearities6.0TrainingManualSeptember30,2001Inventory#0014915-5粘塑性...粘塑性理论的背景•前一章讨论了ANSYS的显式和隐式蠕变选项。•本章将关注ANSYS中后两种粘塑性选项–Peirce和Perzyna(TB,RATE)与Anand模型(TB,ANAND)。AdvancedStructuralNonlinearities6.0TrainingManualSeptember30,2001Inventory#0014915-6粘塑性B.RATE粘塑性选项•ANSYS有一般的率相关塑性模型，被简单地表示为“RATE”,定义应力-应变关系为一个速率公式:基于附加的应变速率分量:基于粘塑性流动规律,等效非弹性应变可以写为:式中f为屈服函数,g为粘塑性参数。inelelD:AdvancedStructuralNonlinearities6.0TrainingManualSeptember30,2001Inventory#0014915-7粘塑性...RATE粘塑性选项Perzyna和Peirce模型的推导:oninoninnoininnogggg111111Perzyna模型Peirce模型oinoninnoininnongggg111111AdvancedStructuralNonlinearities6.0TrainingManualSeptember30,2001Inventory#0014915-8粘塑性...RATE粘塑性选项•从前面幻灯片可以看到RATE粘塑性模型将等效有效应力和材料的静态屈服应力相联系。oinRS应变率强化[应力比率](TB,RATE)静态屈服应力(TB,BISO/MISO/NLISO)等效有效应力mininRmininRSSgg11Perzyna模型Peirce模型正则化应变率012345应力比率0123PERZYNAPEIRCEAdvancedStructuralNonlinearities6.0TrainingManualSeptember30,2001Inventory#0014915-9粘塑性...RATE粘塑性选项•这意味着应力比率作为应变率的函数而改变。–下面是一个应变率在1e-2和1e-3之间变动的模型例子，注意屈服应力是如何变化的。1210s用Perzyna模型的例子1310sAdvancedStructuralNonlinearities6.0TrainingManualSeptember30,2001Inventory#0014915-10粘塑性...RATE粘塑性选项•关于RATE模型的一些假设:–RATE模型需要一个率无关本构模型来定义静态屈服应力。粘塑性响应可以看作是在静态屈服应力上的一个乘子以得到一个有效应力。率无关模型可以是BISO,MISO或NLISO，各向异性可以由HILL指定。–由非线性应变计算响应:塑性和粘塑性应变是耦合的。–因此,RATE公式对于在类似时间尺度-高应变速率应用中(例如冲击载荷)的两种机理,都是合适的。–率无关和率相关应变是不可分的，输出的总的非弹性应变将是‘塑性应变(EPPL)’。–为了包括热效应,所有的材料常数都可与温度相关。vpplinAdvancedStructuralNonlinearities6.0TrainingManualSeptember30,2001Inventory#0014915-11粘塑性...RATE粘塑性选项•关于RATE模型应注意的几点:–当gor0时,求解收敛到率无关解，当m0时,Peirce收敛为1x静态解,而Perzyna收敛为2x静态解。–当m=1/n很小(0.2)时,Peirce在数值上更稳定。注意右侧图中,m是一个小值，Perzyna模型显示更陡峭的初始曲线，另一方面,Peirce数值上更稳定。正则化应变率(’pl/g)012345应力比率(/o)0123PERZYNAPEIRCEplAdvancedStructuralNonlinearities6.0TrainingManualSeptember30,2001Inventory#0014915-12粘塑性...RATE支持的单元类型•粘塑性RATE材料支持的单元类型:–“核心”单元:PLANE42,SOLID45,PLANE82,SOLID92和SOLID95–“18x”系列单元:LINK180,SHELL181,PLANE182,PLANE183,SOLID185,SOLID186,SOLID187,BEAM188和BEAM189。•对包括粘塑性(RATE)的模型推荐选择18x系列单元。–因为18x单元有大量的单元技术可用(参考该书第二章),所以这些单元提供更强的灵活性和能力，这些公式包括B-Bar,URI,增强应变和混合U-P。–18x系列也比核心单元支持更多的本构模型,包括超弹性。AdvancedStructuralNonlinearities6.0TrainingManualSeptember30,2001Inventory#0014915-13粘塑性...定义RATE材料特性材料GUI中可以选择所有的粘塑性模型:–StructuralNonlinearInelasticRateDependentVisco-PlasticityIsotropicHardeningPlasticity记住首先定义线弹性材料(EX和PRXY)。否则,当定义粘塑性时,材料GUI将提示该信息。AdvancedStructuralNonlinearities6.0TrainingManualSeptember30,2001Inventory#0014915-14粘塑性...定义RATE材料特性•本例中选择了双线性等向强化的各向异性粘塑性。–在弹出菜单中选择RATE模型(Perzyna或Peirce)–输入RATE常数(指数m和粘度gAdvancedStructuralNonlinearities6.0TrainingManualSeptember30,2001Inventory#0014915-15粘塑性...定义RATE材料特性•当输入RATE常数后,会出现率无关塑性参数对话框。–该例中,输入双线性等向强化模型(BISO)的值,即屈服应力和剪切模量。AdvancedStructuralNonlinearities6.0TrainingManualSeptember30,2001Inventory#0014915-16粘塑性...定义RATE材料特性•最后,需要输入HI