AUTODYN_Chapter 9_材料模型

9-1ANSYS,Inc.Proprietary©2009ANSYS,Inc.Allrightsreserved.February27,2009Inventory#002665第九章AUTODYN材料模型ANSYSAUTODYNMaterialModels9-2ANSYS,Inc.Proprietary©2009ANSYS,Inc.Allrightsreserved.February27,2009Inventory#002665TrainingManual显式动力学(ANSYS)中的材料模型FailureModelStrengthModelEquationofStateAUTODYNMaterialModels9-3ANSYS,Inc.Proprietary©2009ANSYS,Inc.Allrightsreserved.February27,2009Inventory#002665TrainingManualAUTODYN材料模型•AUTODYN材料模型包含三个部分–状态方程(EOS)–强度模型–失效模型EOSStrengthFailure和显式动力学(ANSYS)中的模型一样MaterialModels9-4ANSYS,Inc.Proprietary©2009ANSYS,Inc.Allrightsreserved.February27,2009Inventory#002665TrainingManualAUTODYN附加材料模型•IdealGas状态方程•TwoPhase状态方程•SESAME表格•累积损伤模型•Beam强化模型•破片分析•刚体材料•正交各向异性材料–正交各向异性实体–复合壳•高能炸药(HE)–爆炸–爆轰产物(气体)–燃烧效应–点火和增长•慢燃药•用户自定义材料MaterialModels9-5ANSYS,Inc.Proprietary©2009ANSYS,Inc.Allrightsreserved.February27,2009Inventory#002665TrainingManual•带能量项的状态方程EOSg=理想气体参数r=密度,e=比内能•绝热常数,C–输入一个不等于0的值计算绝热反应P/ρg=C•压力换算–减去大气压力shiftPe1PrgIdealGas状态方程MaterialModels9-6ANSYS,Inc.Proprietary©2009ANSYS,Inc.Allrightsreserved.February27,2009Inventory#002665TrainingManual•用来表达过热流体材料的膨胀和气化行为–例如.反应堆冷却•和可压缩状态方程一起使用•单相区域使用Gruneisen状态方程–饱和曲线作为参考曲线•材料饱和曲线可以再用户子程序EXTAB中定义–AUTODYN提供水的饱和曲线TwoPhase状态方程比容流体区域两相区域流体和气体气体区域压力MaterialModels9-7ANSYS,Inc.Proprietary©2009ANSYS,Inc.Allrightsreserved.February27,2009Inventory#002665TrainingManualSesame库•Sesame库作为存储状态数据的表格，并不是状态方程–包含200多种材料，有金属、矿物材料,聚合物和混合物–应用于一些特殊材料，密度和内能均有很大的变化范围，以满足特殊的变化需要–谨慎使用•Sesame库属于美国政府控制出口的产品–不包含在标准的发行包里–如果允许的话可以从ANSYS获得–可以从LANL直接获得MaterialModels9-8ANSYS,Inc.Proprietary©2009ANSYS,Inc.Allrightsreserved.February27,2009Inventory#002665TrainingManual•考虑积累效应，强度逐步降低••早期模型主要用于脆性材料的–先前的Johnson-Holmquist模型•使用用户子程序建立模型–多个用户子程序的有效结合累积损伤失效模型MaterialModels9-9ANSYS,Inc.Proprietary©2009ANSYS,Inc.Allrightsreserved.February27,2009Inventory#002665TrainingManual•模型的强度数据通过10点分段线性曲线定义–轴向力-轴向应变轴11–力矩-曲率轴11–力矩-曲率轴22–力矩-曲率轴33•试验得到的载荷-位移曲线直接添加到模型里面，以便取得理想的结构响应•定义单元轴向、扭矩和弯矩响应的四条曲线数据不存在内在联系Beam强化模型MaterialModels9-10ANSYS,Inc.Proprietary©2009ANSYS,Inc.Allrightsreserved.February27,2009Inventory#002665TrainingManualCourtesyofAWE(A),UKBeam强化模型•例子:比例为1/3的拉覆试验–试验•失效载荷:86kN4KN–模拟•失效载荷:83kN5KNMaterialModels9-11ANSYS,Inc.Proprietary©2009ANSYS,Inc.Allrightsreserved.February27,2009Inventory#002665TrainingManualCourtesySandiaNationalLab.•查看和列表显示破片的形成特性•例子:子弹出膛后爆炸破片分析MaterialModels9-12ANSYS,Inc.Proprietary©2009ANSYS,Inc.Allrightsreserved.February27,2009Inventory#002665TrainingManual•用来定义刚性体–显式动力学(ANSYS)中定义刚性体的不同方式•在标准材料输入窗口选择“EOSRigid”•用刚性材料填充任意非结构化网格–不适用于结构化网格•刚性材料单元就是一个带有质量/惯量特性的单个刚体•质量/惯量特性定义方式–材料密度和单元体积–材料中有明确定义•使用一个刚体材料定义多个刚体刚性材料MaterialModels9-13ANSYS,Inc.Proprietary©2009ANSYS,Inc.Allrightsreserved.February27,2009Inventory#002665TrainingManual可变性弹丸刚性弹丸•例子:3D斜侵彻刚性材料MaterialModels9-14ANSYS,Inc.Proprietary©2009ANSYS,Inc.Allrightsreserved.February27,2009Inventory#002665TrainingManual•例子:金属板成型–刚性冲头和模具–非结构壳(主四边形)工件冲头工件模具刚性材料MaterialModels9-15ANSYS,Inc.Proprietary©2009ANSYS,Inc.Allrightsreserved.February27,2009Inventory#002665TrainingManual•AUTODYN可以为模型定义大载荷谱条件下的各向异性材料模型–正交各向异性线弹性响应(结构加载)•正交各向异性弹性刚度矩阵–线性体积响应–正交各向异性线弹性响应与非线性状态方程的耦合(瞬态冲击加载)•改进的正交各向异性弹性刚度矩阵–非线性体积响应–正交各向异性塑性•广义二次屈服面–正交各向异性失效•损伤失效•脆性失效正交各向异性材料MaterialModels9-16ANSYS,Inc.Proprietary©2009ANSYS,Inc.Allrightsreserved.February27,2009Inventory#002665TrainingManual正交各向异性状态方程正交各向异性软化正交各向异性屈服•联合使用正交各向异性状态方程,屈服和软化模型得到完整的响应正交各向异性材料MaterialModels9-17ANSYS,Inc.Proprietary©2009ANSYS,Inc.Allrightsreserved.February27,2009Inventory#002665TrainingManual123等价的正交各向异性材料-只显示单个体压层复合材料•使用固体单元描述正交各向异性材料或正交各向异性材料MaterialModels9-18ANSYS,Inc.Proprietary©2009ANSYS,Inc.Allrightsreserved.February27,2009Inventory#002665TrainingManualS=C-1=C=•正交各向异性线弹性响应–线性状态方程近似求出体积响应正交各向异性材料MaterialModels9-19ANSYS,Inc.Proprietary©2009ANSYS,Inc.Allrightsreserved.February27,2009Inventory#002665TrainingManual•正交各向异性线弹性响应与非线性状态方程的耦合–Polynomial–Shock–Porous正交各向异性材料MaterialModels9-20ANSYS,Inc.Proprietary©2009ANSYS,Inc.Allrightsreserved.February27,2009Inventory#002665TrainingManual–屈服面形状通过系数矩阵定义,aij–硬化参数,k–广义形式简化为：•Hills正交各向异性屈服函数•Von-mises屈服函数kaaaaaaaaafij212662315522344331113332223221112233332222221111222222)(•正交各向异性塑性–使用广义二次屈服面正交各向异性材料MaterialModels9-21ANSYS,Inc.Proprietary©2009ANSYS,Inc.Allrightsreserved.February27,2009Inventory#002665TrainingManual•正交各向异性失效:脆性Failure–三个正交各向异性脆性失效准则•材料应力•材料应变•材料应力/应变–可以在每个主材料方向指定拉应力/应变和剪切应力/应变正交各向异性材料MaterialModels9-22ANSYS,Inc.Proprietary©2009ANSYS,Inc.Allrightsreserved.February27,2009Inventory#002665TrainingManual•正交各向异性失效:损伤模型–模型的失效初始准则(面)正交各向异性材料MaterialModels9-23ANSYS,Inc.Proprietary©2009ANSYS,Inc.Allrightsreserved.February27,2009Inventory#002665TrainingManual•正交各向异性失效:损伤模型–失效开始后,程序会计算损伤张量用来降低屈服面强度正交各向异性材料MaterialModels9-24ANSYS,Inc.Proprietary©2009ANSYS,Inc.Allrightsreserved.February27,2009Inventory#002665TrainingManual•KEVLAR®-epoxy材料的静态拉伸实验正交各向异性材料MaterialModels9-25ANSYS,Inc.Proprietary©2009ANSYS,Inc.Allrightsreserved.February27,2009Inventory#002665TrainingManual•例子:破片碰撞GFRP靶正交各向异性材料MaterialModels9-26ANSYS,Inc.Propri