AUTODYN基础教程四参考文档课件

4-12ANSYS AUTODYN 基础基础教程教程四四添加标题添加标题4-2 2基础培训四 1、特色技术、特色技术 2、材料模型、材料模型添加标题添加标题4-3 2 细化正交网格；细化正交网格；指定在指定在I，J和和K方向上细化方向上细化 的倍数因子。的倍数因子。细化网格添加标题添加标题4-4 2细化网格 细化网格前细化网格前 细化网格后细化网格后添加标题添加标题4-5 2 粗化正交网格；粗化正交网格；指定在指定在I，J和和K方向上粗化方向上粗化的倍数因子。的倍数因子。粗化网格添加标题添加标题4-6 2粗化网格 粗化网格前粗化网格前 粗化网格后粗化网格后添加标题添加标题4-7 2映射AUTODYN-2D1D-WedgeEulerEuler-FCTAUTODYN-2D2D-AxialEulerEuler-FCTAUTODYN-3DEuler-FCTAUTODYN-3DEuler-FCTAUTODYN-2DEulerEuler-FCTAUTODYN-3DEuler-GEuler-FCTALELagrange添加标题添加标题4-8 2映射 一个模型结果映射到另一个模型进行求解：一个模型结果映射到另一个模型进行求解：1D 到到 2D 轴对称轴对称 1D 到到 3D 2D 轴对称到轴对称到 3D 3D 到到 3D 映射数据来源：映射数据来源：1D 欧拉欧拉“楔形楔形”模型模型 2D 欧拉轴对称模型欧拉轴对称模型 3D 欧拉模型欧拉模型 映射数据用于映射数据用于Lagrange，ALE，Euler 和和Euler-FCT 模型。模型。添加标题添加标题4-9 2 由正交网格向非正交网格映射数据；由正交网格向非正交网格映射数据；1D“楔形楔形”到到 2D 轴对称或轴对称或 3D；2D 轴对称到轴对称到 3D；3D 到到 3D；Lagrange,ALE,Euler,Euler-FCT；较长计算时间。较长计算时间。映射普通映射普通映射 添加标题添加标题4-10 2由细化的正交网格向粗化网格映射数由细化的正交网格向粗化网格映射数据；据；仅用于仅用于3D 到到 3D；Lagrange,ALE,Euler,Euler-FCT；计算速度快。计算速度快。映射体积映射体积映射 添加标题添加标题4-11 2塑性应变的比较塑性应变的比较映射泰勒杆碰撞试验泰勒杆碰撞试验欧拉欧拉(2D)映射到欧拉映射到欧拉(2D)添加标题添加标题4-12 2射流的形成和侵彻射流的形成和侵彻欧拉欧拉(2D 轴对称轴对称)映射到拉格朗日映射到拉格朗日(3D)映射添加标题添加标题4-13 2映射MEFP破片形成和侵彻破片形成和侵彻拉格朗日拉格朗日(3D)映射到映射到Euler(3D)拉格朗日拉格朗日欧拉欧拉添加标题添加标题4-14 2映射爆炸冲击波对建筑物的冲击爆炸冲击波对建筑物的冲击1D-2D-3D欧拉映射欧拉映射刚性墙刚性墙10kg TNT4m空气中爆炸空气中爆炸添加标题添加标题4-15 2最后的材料最后的材料位置位置最终的压力最终的压力云图云图最终的压力截面图最终的压力截面图初始材料初始材料位置位置映射第一步第一步添加标题添加标题4-16 2空气中爆炸和传播；空气中爆炸和传播；用用1D网格进行初始分析；网格进行初始分析；将将1D映射到映射到2D模型；模型；改变炸药的状态；改变炸药的状态；继续计算，直到爆轰波继续计算，直到爆轰波 到达建筑物；到达建筑物；映射映射2D模型到模型到3D模型中。模型中。映射第二步第二步添加标题添加标题4-17 2映射第三步第三步添加标题添加标题4-18 2映射曼哈顿曼哈顿-Data source:Risk Management Solutions and Sanborn Map Co.城市街区爆炸中的应用城市街区爆炸中的应用添加标题添加标题4-19 2AUTODYN 读取下面的信息：读取下面的信息：I，J，K 范围；范围；每个单元的每个单元的X，Y，Z 坐标；坐标；每一个单元都有一个标志符：每一个单元都有一个标志符：0 单元用结构材料；单元用结构材料；1 单元用空气材料；单元用空气材料；2 单元用空气材料单元用空气材料 并且测量该点。并且测量该点。映射读入几何数据读入几何数据添加标题添加标题4-20 2炸药炸药第四步第四步(Block填充填充)映射添加标题添加标题4-21 2第四步到第三步第四步到第三步(网格细化网格细化)第三步第三步映射添加标题添加标题4-22 2第二步第二步映射第三步到第二步第三步到第二步(网格细化网格细化)添加标题添加标题4-23 2最后的材料最后的材料位置位置最终的压力最终的压力云图云图最终的压力截面图最终的压力截面图初始材料初始材料位置位置映射第一步第一步添加标题添加标题4-24 2映射第二步第二步第三步第三步第四步第四步添加标题添加标题4-25 2第二步第二步第三步第三步第四步第四步映射压力等截面图压力等截面图添加标题添加标题4-26 2映射压力等截面图压力等截面图添加标题添加标题4-27 2映射压力等截面图压力等截面图添加标题添加标题4-28 2映射压力等截面图压力等截面图添加标题添加标题4-29 2 1、计算计算 2D 楔形爆炸模型；楔形爆炸模型；2、导入、导入3D Euler-FCT模型中计算。模型中计算。映射练习爆炸爆炸/映射映射/Euler-FCT(3D)2D 楔形模型楔形模型3D Euler-FCT模型模型添加标题添加标题4-30 2基础培训四 1、特色技术、特色技术 2、材料模型、材料模型添加标题添加标题4-31 2基础培训四A.状态方程状态方程B.强度模型强度模型C.失效模型失效模型 添加标题添加标题4-32 2材料模型 通常，材料在动态载荷下的响应非常复杂，比如：通常，材料在动态载荷下的响应非常复杂，比如：非线形压力响应；非线形压力响应；应变和应变率硬化；应变和应变率硬化；热软化；热软化；各向异性料属性；各向异性料属性；拉伸断裂；拉伸断裂；复合材料破坏。复合材料破坏。一种材料模型不可能经历上面所有的响应；一种材料模型不可能经历上面所有的响应；AUTODYN 提供许多模型供用户选择，用户可以根据问提供许多模型供用户选择，用户可以根据问题选择适合的模型。题选择适合的模型。添加标题添加标题4-33 2材料模型体积变形体积变形形状变形形状变形平移平移刚体旋转刚体旋转材料变形材料变形添加标题添加标题4-34 2材料模型 材料变形用两个独立的阶段来描述材料变形用两个独立的阶段来描述 体积应力：由于体积改变体积应力：由于体积改变(压强压强)状态方程状态方程(EOS)偏应力：由于形状改变偏应力：由于形状改变 强度模型强度模型 对于一个固体材料，还需要指定材料失效标准。对于一个固体材料，还需要指定材料失效标准。添加标题添加标题4-35 2材料模型 对于线性、弹性应变，应力通过胡克定律计算：对于线性、弹性应变，应力通过胡克定律计算：其中其中 和和G 是常数：其中是常数：其中 是拉梅常数；是拉梅常数；G 是剪切模量常数是剪切模量常数 应力可以分解为静水压力和偏应力：应力可以分解为静水压力和偏应力：其中其中 P 是静水压力，是静水压力，si 是应力偏量是应力偏量iiGVV2i=1,2,3i=-P+si32131P添加标题添加标题4-36 2材料模型 许多情况应力超过了弹性极限，需要考虑更复杂的材料模许多情况应力超过了弹性极限，需要考虑更复杂的材料模型型胡克定律胡克定律一般非线性一般非线性状态方程状态方程强度模型强度模型10KPe,PPV3dVdG2dsii.D,T,P,ssii添加标题添加标题4-37 2Shear Modulus GYoungsModulus EPoissonsRatio nBulk Modulus KShear ModulusYoungs ModulusShear ModulusPoissons RatioShear ModulusBulk ModulusYoungs ModulusPoissons RatioYoungs ModulusBulk ModulusPoissons RatioBulk ModulusE-2G2GGE3(3G-E)2G(1+n)2G(1+n)3(1-2n)9KG3K+G3K-2G2(3K+G)E2(1+n)E3(1-2n)3EK9K-E3K-E6K3K(1-2n)2(1+n)3K(1-2n)材料模型弹性常数弹性常数添加标题添加标题4-38 2材料模型 状态方程状态方程 Single phase Multi-phase Compaction Explosive 强度模型强度模型 Hydrodynamic elastic Perfectly plastic Strain hardening Pressure hardening Strain-rate hardening Thermal softening Orthotropic 失效模型失效模型 Plastic Strain Tensile Pressure Principal Stress/Strain Orthotropic Stress/Strain Damage添加标题添加标题4-39 2压力压力 饱和饱和线线液体液体 区域区域气体气体区域区域固体固体区域区域液液-气气 共存区域共存区域熔化熔化轨迹轨迹绝热线绝热线雨果雨果线线绝热线绝热线(p0,v0)体积体积物化相图物化相图状态方程添加标题添加标题4-40 2状态方程 这个最简单的状态方程假设压力与内能无关，材料密度变这个最简单的状态方程假设压力与内能无关，材料密度变化小，变化过程是可逆的化小，变化过程是可逆的(等熵的等熵的)，通常用于固体。，通常用于固体。Linear 状态方程状态方程 Kp 其中其中 K 是材料体积模量，是材料体积模量，是压缩比；是压缩比；线性状态方程是需要很少的材料数据，但是对于大的压缩情况不线性状态方程是需要很少的材料数据，但是对于大的压缩情况不太精确。太精确。0()1 添加标题添加标题4-41 2状态方程 拉伸状态：拉伸状态：Polynomial 状态方程状态方程eBBAAAPref1033221 压缩状态：压缩状态：eBTTPref02210()1 添加标题添加标题4-42 2状态方程 在在 Shock 状态方程中，采用的参考线形式如下：状态方程中，采用的参考线形式如下：Shock 状态方程状态方程2p2p1sususcU 向大多数材料，特别是在向大多数材料，特别是在非常高的冲击波下，线性非常高的冲击波下，线性方程可以满足：方程可以满足：Us=c0+sup添加标题添加标题4-43 2状态方程 一些带气孔的材料，在变形过程中由于气孔破裂，导致不一些带气孔的材料，在变形过程中由于气孔破裂，导致不可逆转的体积变形，比如：可逆转的体积变形，比如：粉末粉末(用来加工成型用的金属粉末用来加工成型用的金属粉末)混凝土混凝土 土壤土壤 这些材料要求状态方程：既允许不可逆转的气孔破裂，也这些材料要求状态方程：既允许不可逆转的气孔破裂，也要能计算初始的弹性体积变形和最后的材料状态。要能计算初始的弹性体积变形和最后的材料状态。在在AUTODYN 中，使用三种状态方程来描述：中，使用三种状态方程来描述：Porous Compaction P-Alpha添加标题添加标题4-44 2状态方程压缩路径通过密度和压强的十个分段线性函数的值来描述压缩路径通过密度和压强的十个分段线性函数的值来描述(十十个点可以不全部使用个点可以不全部使用)；弹性加载弹性加载/卸载的斜度是初始声速和完全压实后声速的线性插值。卸载的斜度是初始声速和完全压实后声速的线性插值。Porous 状态方程状态方程压强压强 P初始密度初始密度 弹性载荷弹性载荷塑性压缩塑性压缩参考密度参考密度 ref密度密度 弹性卸载弹性卸载/重新加载重新加载完全压缩完全压缩添加标题添加标题4-45 2状态方程是是porous 状态方程的扩展，允许更多的对弹性加载状态方程的扩展，允许更多的对弹性加载/卸载的斜卸载的斜度的控制；度的控制；弹性声速是密度的函数弹性声速是密度的函数(优于用线性插值优于用线性插值)。Compaction 状态方程状态方程压强压强 P塑性压缩塑性压缩弹性载荷弹性载荷完全压缩完全压缩弹性卸载弹性卸载/重新加载重新加载初始密度初始密度 参考密度参考密度 ref密度密度 添加标题添加标题4-46 2状态方程 完全压缩材料用完全压缩材料用Linear、Polynomial 或者或者 Shock 状态方程状态方程来定义；来定义；塑性压缩路径基于一个幂函数，用户可以定义。塑性压缩路径基于一个幂函数，用户可以定义。P-alpha 状态方程状态方程Necc0PPPP11完全压缩完全压缩P01pPorosity,c/PePc塑性压缩塑性压缩弹性卸载弹性卸载/重新加载重新加载弹性载荷弹性载荷添加标题添加标题4-47 2状态方程 方程形式：方程形式：Ideal Gas 状态方程状态方程shiftP=-1 e+P其中：其中：=理想气体常数，理想气体常数，=密度密度 Pshift=初始压强，初始压强，e=内能内能说明：说明：Pshift用来定义小一个初始用来定义小一个初始压强，避免出现数值计算问题。压强，避免出现数值计算问题。添加标题添加标题4-48 2状态方程 用来描述高能炸药爆轰产物迅速膨胀；用来描述高能炸药爆轰产物迅速膨胀；JWL 状态方程是一个经验公式，数据来源于物理实验；状态方程是一个经验公式，数据来源于物理实验；状态方程适用于大多数高能炸药；状态方程适用于大多数高能炸药；爆轰产物的气体压强由下面公式给出：爆轰产物的气体压强由下面公式给出：其中其中 A、B,、R1、R2、w w 是经验导出常数，是经验导出常数，=密度，密度，=参考密度，参考密度，h h=/0，e=内能。内能。JWL 状态方程状态方程eeR1BeR1AP21R2R1wwhwhhh0添加标题添加标题4-49 2初始平面初始平面Dcj状态方程变量变量爆轰爆轰产物产物反应反应尺寸尺寸未爆炸未爆炸区域区域压强压强PP0体积体积vv0内能内能ee0化学能化学能0Q速度速度up0体积体积CJ点点CJ绝热线绝热线V0压强压强添加标题添加标题4-50 2状态方程JWL 模型用于爆炸物质，包括爆模型用于爆炸物质，包括爆炸和气体膨胀阶段：炸和气体膨胀阶段：参考密度参考密度 ，C-J 爆轰波速度爆轰波速度 DCJ 参数参数 A，C-J 能量能量/单位体积单位体积 ECJ 参数参数 B，C-J 压强压强 PCJ 参数参数 R1，参数，参数 R2 参数参数 w w自动转成理想气体状态方程。自动转成理想气体状态方程。0JWL 状态方程状态方程添加标题添加标题4-51 2状态方程压缩爆炸主要用于下列两种情况：压缩爆炸主要用于下列两种情况：如果如果 PBK 为零，那么当压缩比为零，那么当压缩比超过超过 C-J 压缩指定的值，单元就开始爆炸；压缩指定的值，单元就开始爆炸；如果如果 PBK 是非零的话，爆炸以前压是非零的话，爆炸以前压强为：强为：当压强超过当压强超过 C-J 压强压强 BCJPCJ 时，单元时，单元开始爆炸。开始爆炸。压缩爆炸压缩爆炸1PPrefBK添加标题添加标题4-52 2状态方程 点火和生长模型用来描述炸药的初始阶段；点火和生长模型用来描述炸药的初始阶段；假设：点火开始于局部过热点，从这些点向外开始生长；假设：点火开始于局部过热点，从这些点向外开始生长；Lee-Tarver 状态方程有下面的三个基本部分组成：状态方程有下面的三个基本部分组成：对于惰性炸药的一个状态方程对于惰性炸药的一个状态方程(用用 Shock 或或 JWL 形式形式)；用用JWL 状态方程描述反应的爆炸产物；状态方程描述反应的爆炸产物；反应率方程描述燃烧的点火、生长和完成。反应率方程描述燃烧的点火、生长和完成。Lee-Tarver 状态方程状态方程添加标题添加标题4-53 2Steel-HE-Steel 目目标；标；铜弹碰撞速度铜弹碰撞速度:2.5 km/s 3.0 km/s 速度为速度为2.5 km/s时，没有冲击引时，没有冲击引爆；爆；速度为速度为3.0 km/s时，冲击引爆。时，冲击引爆。状态方程Lee-Tarver 状态方程状态方程 2.5 km/s 3.0 km/s添加标题添加标题4-54 2状态方程描述爆炸物质在不引爆情况下的慢燃描述爆炸物质在不引爆情况下的慢燃(爆燃爆燃)过程：过程：爆炸物质以预定义的燃烧速度点火；爆炸物质以预定义的燃烧速度点火；起爆由时间决定。起爆由时间决定。随后的爆炸物质以下面定义的速率燃烧：随后的爆炸物质以下面定义的速率燃烧：F 是材料的燃烧尺寸；是材料的燃烧尺寸；G,c,h(P)是用户输入参数。是用户输入参数。线性或压缩固体状态方程线性或压缩固体状态方程JWL 状态方程用于爆炸产物状态方程用于爆炸产物用于拉格朗日和用于拉格朗日和 SPH 求解器。求解器。Slow Burn 状态方程状态方程FcG 1 Fh Pt添加标题添加标题4-55 2燃烧率通燃烧率通过反应率控制过反应率控制状态方程Slow Burn 状态方程状态方程0.00E+002.00E-014.00E-016.00E-018.00E-011.00E+001.20E+000.00E+002.00E-014.00E-016.00E-018.00E-011.00E+001.20E+001.40E+001.60E+00Time(ms)Reaction Rate FSubgrid 1-Target 1(h=1e20)Subgrid 2-Target 6(h=1)Subgrid 3-Target 11(h=0.5)Subgrid 4-Target 16(h=0.25)时间时间反反应应率率添加标题添加标题4-56 2状态方程Slow Burn 状态方程状态方程随着反应随着反应速度的提速度的提高，压强高，压强也增大。也增大。0.00E+005.00E+051.00E+061.50E+062.00E+062.50E+063.00E+063.50E+064.00E+060.00E+002.00E-014.00E-016.00E-018.00E-011.00E+001.20E+001.40E+001.60E+00Time(ms)Pressure(kPa)Subgrid 2-Target 6(h=1)Subgrid 3-Target 11(h=0.5)Subgrid 4-Target 16(h=0.25)压压强强时间时间添加标题添加标题4-57 2刚性材料(刚体)使用刚性材料：使用刚性材料：用标准材料输入方式选择用标准材料输入方式选择 EOS Rigid 用刚性材料填充任意非结构用刚性材料填充任意非结构 Part：对结构对结构 Part 不能使用不能使用 通过质量通过质量/惯量填充单元惯量填充单元 定义质量定义质量/惯量：惯量：材料密度和填充单元的体积材料密度和填充单元的体积 定义材料方便定义材料方便 可以定义多个刚体材料。可以定义多个刚体材料。刚性材料刚性材料添加标题添加标题4-58 2刚性材料(刚体)3D 倾斜碰撞拉格朗日靶板倾斜碰撞拉格朗日靶板可变形弹丸可变形弹丸刚性弹丸刚性弹丸添加标题添加标题4-59 2刚性材料(刚体)金属成型金属成型刚性冲头和模具刚性冲头和模具非结构壳单元非结构壳单元(主四边形主四边形)工作件工作件冲头冲头工作件工作件模具模具添加标题添加标题4-60 2状态方程 用户自定义状态方程用户自定义状态方程 子程序子程序 EXEOS 定义定义 通过公共块使用其它的变量通过公共块使用其它的变量 提供子程序提供子程序构架构架用户自定义状态方程用户自定义状态方程添加标题添加标题4-61 2基础培训四A.状态方程状态方程B.强度模型强度模型C.失效模型失效模型 添加标题添加标题4-62 2强度模型NoneElasticVon-MisesViscoelasticJohnson-CookPiecewise-JCZerilli-ArmstrongSteinberg-Guinan材料强度类型材料强度类型Cowper-SymondsDrucker-PragerMO-GranularJohnson-HolmquistRHT-ConcreteBeam-PesistanceOrthotropic YieldCrushable Foam(Iso)User Strength#1添加标题添加标题4-63 2强度模型 材料强度描述屈服应力与应变、应变率和温度等之间的关材料强度描述屈服应力与应变、应变率和温度等之间的关系；系；AUTODYN 中最简单的强度模型是中最简单的强度模型是 Hydro、Elastic 和和 Von Mises(米塞斯屈服米塞斯屈服)模型。模型。Hydrodynamic：剪切模量为零，：剪切模量为零，没有材料强度；没有材料强度；Elastic：剪切模量常数，没有屈服；：剪切模量常数，没有屈服；Von-Mises(米塞斯屈服米塞斯屈服)：屈服应力和剪切模量是常数。：屈服应力和剪切模量是常数。添加标题添加标题4-64 2强度模型 Von-Mises 屈服准则如下：屈服准则如下：它也能写成如下形式：它也能写成如下形式：其中其中 是主偏应力。是主偏应力。屈屈 服服 面面2213232221Y23Y2sss2232221Si添加标题添加标题4-65 2 1 3 2 1 1 2 2 3 32212232231-+-+-=2Y或或3Y2sss2232221强度模型屈屈 服服 面面添加标题添加标题4-66 2强度模型 每一步的计算中，粘弹性的应力偏量对总应力有贡献每一步的计算中，粘弹性的应力偏量对总应力有贡献(增增加加)：Viscoelastic 模型模型nnt-0t-n,v1n,vte1GG2enn G 是材料的静态剪切模量是材料的静态剪切模量 G0 是材料的瞬时剪切模量是材料的瞬时剪切模量 是是黏弹性黏弹性衰减常数衰减常数 在每一步计算完成时将偏粘弹性应力在每一步计算完成时将偏粘弹性应力加到弹性应力，形成总共的应力。加到弹性应力，形成总共的应力。添加标题添加标题4-67 2应力应力时间时间应变应变 =常数常数 =常数常数(大于零大于零)应力松弛应力松弛蠕变蠕变强度模型Viscoelastic 模型模型时间时间添加标题添加标题4-68 2强度模型 用于大应变、高应变率和高温度的材料，用于用于大应变、高应变率和高温度的材料，用于高速碰撞高速碰撞或或爆炸爆炸引起的材料变形。这种材料屈服应力为：引起的材料变形。这种材料屈服应力为：Johnson-Cook 模型模型n*mppHY=A+B 1+C log 1-T 其中，其中，为有效塑性应变；为有效塑性应变；为有效塑性应变；为有效塑性应变；A、B、C、n、m和和 为材料常数。为材料常数。pp HroommeltroomTT-TT-TmeltT添加标题添加标题4-69 2强度模型 低速钢碰撞铝板低速钢碰撞铝板(15 m/s)应变硬化模型与实验非常一致应变硬化模型与实验非常一致 塑性屈服塑性屈服(Von Mises)的使用与物理不一致的使用与物理不一致应变硬化效应应变硬化效应(Johnson-Cook 模型模型)添加标题添加标题4-70 2强度模型铁球以铁球以16.5k m/s 的速度正碰的速度正碰撞厚铝板撞厚铝板使用拉格朗日使用拉格朗日+侵蚀模型侵蚀模型使用使用 Tillotson 状态方程描述状态方程描述高能材料行为，包括气化高能材料行为，包括气化使用使用 Johnson-Cook 强度模型强度模型来描述应变强化效应、应变来描述应变强化效应、应变率强化和温度软化模型，包率强化和温度软化模型，包括熔化括熔化模拟结果与实验比较一致模拟结果与实验比较一致高速碰撞高速碰撞(Johnson-Cook 模型模型)添加标题添加标题4-71 2强度模型Johnson-Cook 模型中的塑性流动运算法则已经被调整来降低高模型中的塑性流动运算法则已经被调整来降低高频震荡，在高应变率情况下，它可以从屈服面看到。频震荡，在高应变率情况下，它可以从屈服面看到。Johnson-Cook 应变率修正应变率修正没有应变率修正没有应变率修正有应变率修正有应变率修正修正应用于所修正应用于所有模型有模型(缺省缺省)在定义模型的时候，这个选项可以开在定义模型的时候，这个选项可以开/关。关。添加标题添加标题4-72 2强度模型 Johnson-Cook模型中模型中 部分用部分用有效塑性应变有效塑性应变(EPS)的线性分段的线性分段(十段十段)函数来表述；函数来表述；应变率和温度软化影响与应变率和温度软化影响与Johnson-Cook模型相同。模型相同。Piecewise-JC 模型模型屈服应力屈服应力 Y有效应变有效应变(EPS)npA+B 添加标题添加标题4-73 2强度模型 常用于无氧高导电性铜常用于无氧高导电性铜(OFHC-Copper)和阿姆克铁和阿姆克铁(工业工业纯铁纯铁)等；等；对于对于 FCC 和和 BCC 金属有不同的形式。金属有不同的形式。对于对于 FCC 金属有：金属有：对于对于 BCC 金属有：金属有：Zerilli-Armstrong 强度模型强度模型其中，其中，Y0、C1、C2、C3、C4、C5和和n为材料常数。为材料常数。添加标题添加标题4-74 2强度模型包括压强对屈服应力和剪切模量的影响包括压强对屈服应力和剪切模量的影响与应变率没有直接的关系与应变率没有直接的关系 在整个计算过程中应变率非常高在整个计算过程中应变率非常高(大于大于105/秒秒)Steinberg-Guinan 强度模型强度模型其中，其中，为有效应变率；为有效应变率；T为温度为温度(K)；为压缩比为压缩比。0vvh添加标题添加标题4-75 2强度模型 一个简单的、通用的金属材料强度模型：一个简单的、通用的金属材料强度模型：应变硬化和应变率硬化应变硬化和应变率硬化 Cowper 和和 Symonds 公式：公式：其中，其中，A 是塑性应变为零时的屈服应力；是塑性应变为零时的屈服应力；B 是应变硬化系数；是应变硬化系数；n 是应是应变硬化指数；变硬化指数；D 和和q 是应变率硬化系数。是应变率硬化系数。Cowper-Symonds 强度模型强度模型.1plnqplY=(A+B )(1+()D添加标题添加标题4-76 2强度模型屈服应力屈服应力 Y 可以随着十点的分段函数、线性函数可以随着十点的分段函数、线性函数 或剪切模量常数或剪切模量常数 G 变化；变化；常用于地质材料常用于地质材料(土壤、岩石等土壤、岩石等)；压强硬化能用三种方式定义。压强硬化能用三种方式定义。10点的分段函数点的分段函数 线性线性 StassiDrucker-Prager 模型模型PYPYq q添加标题添加标题4-77 2强度模型 常用于干土、沙子、岩石、混凝土和陶瓷等材料。常用于干土、沙子、岩石、混凝土和陶瓷等材料。压强硬化压强硬化 10 点分段屈服应力点分段屈服应力-压强曲线压强曲线 密度硬化密度硬化 10 点分段屈服应力点分段屈服应力-密度曲线密度曲线 剪切模量变量剪切模量变量 10 点分段剪切模量点分段剪切模量-密度曲线密度曲线MO-Granular 强度强度模型模型添加标题添加标题4-78 2强度模型 用于易碎的材料，比如玻璃、陶瓷等；用于易碎的材料，比如玻璃、陶瓷等；易碎的材料屈服于大应变，高应变率和高压强；易碎的材料屈服于大应变，高应变率和高压强；组合塑性损伤模型；组合塑性损伤模型；这种材料的屈服是由于微裂纹生长代替了断层运动这种材料的屈服是由于微裂纹生长代替了断层运动(金属金属塑性塑性)；由于有效塑性应变，损伤会累积。由于有效塑性应变，损伤会累积。Johnson-Holmquist 模型模型添加标题添加标题4-79 2强度模型 用户自定义强度模型用户自定义强度模型 子程序子程序 EXYLD 定义屈服应力是计算变量的函数定义屈服应力是计算变量的函数 通过公共块使用其它的变量通过公共块使用其它的变量 提供子程序提供子程序构架构架用户自定义用户自定义强度模型强度模型添加标题添加标题4-80 2基础培训四A.状态方程状态方程B.强度模型强度模型C.失效模型失效模型 添加标题添加标题4-81 2失效模型 绝大多数材料在失效之前，仅能抵绝大多数材料在失效之前，仅能抵挡相当小的拉伸应力和挡相当小的拉伸应力和(或或)应变；应变；在在 AUTODYN 中有许多方式来判中有许多方式来判定是否失效：定是否失效：一个单元的失效行为既可以是瞬时一个单元的失效行为既可以是瞬时的的(失效发生在循环计算中失效发生在循环计算中)，也可，也可以是逐渐累计造成的以是逐渐累计造成的(材料的抵制材料的抵制外界影响能力逐渐下降外界影响能力逐渐下降)。添加标题添加标题4-82 2失效模型 当压力低于静水拉伸压力临界时，发生体积失效。这可以当压力低于静水拉伸压力临界时，发生体积失效。这可以用来描述材料的用来描述材料的散裂散裂或或气穴现象。气穴现象。压强压强静水拉伸静水拉伸压强临界压强临界时间时间Hydro 失效失效(Bulk)添加标题添加标题4-83 2失效模型 当有效塑性应变超过输入的临界应变值时，发生体积失效，当有效塑性应变超过输入的临界应变值时，发生体积失效，这可以用来描述易延展性材料失效。这可以用来描述易延展性材料失效。应变失效应变失效(Bulk)应力应力EPS临界应变临界应变添加标题添加标题4-84 2失效模型 基于方向的应力基于方向的应力/应变失效：应变失效：对于拉格朗日对于拉格朗日/ALE/壳壳/SPH 主应力主应力 主应变主应变 主应力主应力/应变应变 对于拉格朗日对于拉格朗日/ALE/SPH 材料应力材料应力 材料应变材料应变 材料应力材料应力/应变应变方向失效模型方向失效模型添加标题添加标题4-85 2方向失效模型方向失效模型失效模型添加标题添加标题4-86 2失效模型 失效标准失效标准：影响因素：影响因素：Johnson-Cook 破坏破坏/损伤模型损伤模型fD温度项温度项压强项压强项应变率项应变率项*5*4211.ln1 *3TDDeDDDf当当 D=1.0 材料开始失效；材料开始失效；用于用于 OFHC 铜、装甲钢、铜、装甲钢、4340号钢等。号钢等。添加标题添加标题4-87 2失效模型直径为直径为 6.35mm 的钢球的钢球以以1449m/s 的速度碰撞的速度碰撞陶瓷目标；陶瓷目标；Johnson-Holmquist 强强度模型度模型+损伤模型损伤模型+断裂软化；断裂软化；钢球和靶板用钢球和靶板用 SPH 建建立模型；立模型；陶瓷最终的破坏情况与陶瓷最终的破坏情况与实验比较。实验比较。钢球碰撞陶瓷靶板钢球碰撞陶瓷靶板添加标题添加标题4-88 2失效模型钢球碰撞陶瓷靶板钢球碰撞陶瓷靶板模拟模拟结果结果试验试验结果结果添加标题添加标题4-89 2失效模型 用于陶瓷、混凝土等受压强度降低的易碎材料。用于陶瓷、混凝土等受压强度降低的易碎材料。累积破坏模型累积破坏模型损伤参数损伤参数 D1.0Dmaxp1 p2pKKi1.0P 0P 0DDmaxDDDmaxDmaxP 0P 0P 01-Dmax1.0YYiGGi1.01.0添加标题添加标题4-90 2失效模型 用于对称载荷和对称几何情况；用于对称载荷和对称几何情况；材料的细微缺陷地方材料的细微缺陷地方 这些就是失效和断裂初始的地方；这些就是失效和断裂初始的地方；采用材料应力采用材料应力/应变随机失效的方法：应变随机失效的方法：每一个单元有不同的失效应力每一个单元有不同的失效应力/应变；应变；模拟材料本身的缺陷。模拟材料本身的缺陷。Mott分布表示材料的失效应力分布表示材料的失效应力/应变的不一致性。应变的不一致性。可用于模拟破片战斗部自然破片的质量和尺寸空间分布情况。可用于模拟破片战斗部自然破片的质量和尺寸空间分布情况。随机失效随机失效添加标题添加标题4-91 2失效模型 Mott 应变失效分布：应变失效分布：P 是失效概率是失效概率 C 和和是常数是常数随机失效随机失效 CP=1-exp-e 由用户定义由用户定义C 通过计算得到通过计算得到分布类型：分布类型：Fixed每一时刻相同每一时刻相同 Random-任意任意可用于许多材料的失效模型可用于许多材料的失效模型失效概率失效概率失效应变失效应变添加标题添加标题4-92 2失效模型随机失效随机失效-膨胀环膨胀环添加标题添加标题4-93 2失效模型破破 片片 分分 析析添加标题添加标题4-94 2破片数据破片数据失效模型添加标题添加标题4-95 2多层复合壳单元 定义层数；定义层数；每一层可以是各向同性或各向异性材料；每一层可以是各向同性或各向异性材料；对于各向异性材料，指定对于各向异性材料，指定11方向方向 每一层指定一个厚度。每一层指定一个厚度。复合壳单元层定义复合壳单元层定义添加标题添加标题4-96 2多层复合壳单元鸟撞机翼鸟撞机翼鸟用鸟用 SPH 算法算法添加标题添加标题4-97 2多层复合壳单元外层外层材料状态材料状态内层内层材料状态材料状态鸟撞机翼鸟撞机翼添加标题添加标题4-98 2材料库 通过导航栏上的通过导航栏上的 Material 菜单，然后使用菜单，然后使用 Load 进入材料进入材料库；库；材料可以按名字、状态方程、强度或失效方式排列；材料可以按名字、状态方程、强度或失效方式排列；所有的材料有状态方程，绝大多数有强度模型，还有一些所有的材料有状态方程，绝大多数有强度模型，还有一些材料有失效模型；材料有失效模型；可以添加或修改材料库，还可以建立新的材料库；可以添加或修改材料库，还可以建立新的材料库；当选取材料后，数据单位自动转成当前单位。当选取材料后，数据单位自动转成当前单位。添加标题添加标题4-99 2用户材料模型 用户材料模型所有的代码包含在一个模块里；用户材料模型所有的代码包含在一个模块里；MD_EOS_USER_1.F90(EXEOS)用户定义状态方程；用户定义状态方程；MD_STR_USER_1.F90(EXYLD)用户定义强度模型；用户定义强度模型；MD_FAI_USER_1.F90(EXFAIL)用户定义失效模型；用户定义失效模型；MD_ERO_USER_1.F90(EXEROD)用于定义侵蚀。用于定义侵蚀。每一个模块包括的程序如下：每一个模块包括的程序如下：用户界面输入定义；用户界面输入定义；数据检查；数据检查；分配变量；分配变量；求解方程。求解方程。添加标题添加标题4-100 2材料模型总结 我们如何对一个具体的材料进行模型选择呢？我们如何对一个具体的材料进行模型选择呢？根据材料本身，可以相对容易地大致确定材料种类根据材料本身，可以相对容易地大致确定材料种类 液体或固体？液体或固体？各项同向或各向异性？各项同向或各向异性？惰性惰性/活性？活性？多孔或没有多孔或没有?易延展或易碎易延展或易碎?压强是否依赖强度或粘性压强是否依赖强度或粘性?实际使用的材料很大程度依赖于使用的领域和实际使用的材料很大程度依赖于使用的领域和可以得到的可以得到的材料数据材料数据原则：原则：材料模型近可能简单材料模型近可能简单添加标题添加标题4-101 2状态方程总结 惰性气体：惰性气体：Ideal Gas 各向同性固体各向同性固体(金属、聚合物、混凝土、地质学材料等金属、聚合物、混凝土、地质学材料等等等.)无孔无孔 小压缩情况小压缩情况(1%)：Shock、Tillotson、Puff、Sesame、Two-Phase 有孔有孔 非常小的压缩非常小的压缩(压缩不重要压缩不重要)：Linear 小压缩情况小压缩情况(压缩但没有冲击影响压缩但没有冲击影响)：Porous、Compaction 大压缩情况大压缩情况(冲击影响重要冲击影响重要)：p-alpha添加标题添加标题4-102 2状态方程总结 活性各向同性固体活性各向同性固体/气体气体(高能炸药、燃烧粉末、反应气体高能炸药、燃烧粉末、反应气体等等等等)爆炸爆炸 以相同速度爆炸：以相同速度爆炸：JWL 状态方程状态方程 爆轰的开始和传播与当地材料情况有关：爆轰的开始和传播与当地材料情况有关：Lee-Tarver 状态方程状态方程 爆燃过程爆燃过程 多孔：多孔：Slow Burn+Compaction 固体状态方程、用户定义状态方程固体状态方程、用户定义状态方程 无孔：无孔：Slow Burn+Linear 固体状态方程，用户定义状态方程固体状态方程，用户定义状态方程添加标题添加标题4-103 2状态方程总结 惰性各向异性固体惰性各向异性固体(光纤复合材料、包金箔材料光纤复合材料、包金箔材料(低压缩低压缩)等等等等)；小压缩小压缩(1%)：Orthotropic with Polynomial或或Shock 状态方程状态方程 其它其它用户自定义。用户自定义。添加标题添加标题4-104 2强度模型总结 惰性惰性气体气体：None 惰性各向同性固体惰性各向同性固体(金属、金属、聚合物聚合物、混凝土、地质材料等、混凝土、地质材料等等等)应变率依赖弹性：应变率依赖弹性：Viscoelastic 应变率不依赖弹性应变率不依赖弹性(无塑性无塑性)：Elastic 弹塑性材料弹塑性材料 没有硬化：没有硬化：von Mises 应变硬化、应变率敏感、熔化：应变硬化、应变率敏感、熔化：Johnson-Cook Steinberg-Guinan、Zerilli-Armstrong、Piecewise-JC 弹性易碎材料弹性易碎材料 仅仅压强硬化：仅仅压强硬化：Druker-Prager、Mo-Granular 无孔：无孔：Johnson-Holmquist 有孔：有孔：RHT-Concrete添加标题添加标题4-105 2强度模型总结 活动的各向同性固体活动的各向同性固体/气体气体(高能炸药、燃烧粉末、反应气高能炸药、燃烧粉末、反应气体等等体等等)；爆炸：爆炸：强度通常不重要强度通常不重要 燃烧：燃烧：多孔：多孔：Mo-Granular 活动的各向异性固体活动的各向异性固体(光纤复合材料、包金箔材料光纤复合材料、包金箔材料(低压缩低压缩)等等等等)；易碎材料：易碎材料：Elastic 易延展材料：易延展材料：von-Mises、Johnson-Cook 其它：其它：用户定义强度模型。用户定义强度模型。添加标题添加标题4-106 2失效模型总结 惰性气体：惰性气体：None；惰性各向同性固体惰性各向同性固体(金属、金属、聚合物聚合物、混凝土、地质材料等、混凝土、地质材料等等等)；Hydrodynamic：Hydro(Pmin)；弹塑性材料；弹塑性材料；易碎材料易碎材料/碎片：碎片：主应力主应力(+碰撞软化碰撞软化)易延展材料：易延展材料：有效塑性应变、主应变、主应力有效塑性应变、主应变、主应力 弹性易碎材料；弹性易碎材料；拉伸断裂失效：拉伸断裂失效：主应力主应力/应变应变(+碰撞软化碰撞软化)剪切损伤：剪切损伤：JH2、RHT、累积损伤模型、累积损伤模型添加标题添加标题4-107 2失效模型总结 惰性各向异性固体惰性各向异性固体(光纤复合材料、包金箔材料光纤复合材料、包金箔材料(低压缩低压缩)等等等等)；易碎材料：易碎材料：正交各向异性损伤；正交各向异性损伤；易延展材料：易延展材料：正交各向异性损伤。正交各向异性损伤。其它：其它：用户自定义失效模型。用户自定义失效模型。