部分详细的ls-dyna材料

LIVERMORE SOFTWARE TECHNOLOGY CORPORATION模拟本构行为材料建模选择适当的材料（本构）模型和材料常数通常是建模 中最重要也是最困难的部分.非线性材料行为的数值模型正在通过新的研究不断地 被开发和更新中.非线性材料的性质不容易得到.通过参照文献来发现材料数据可能很困难.可能需要进行专门的材料测试.许多材料模型复杂和不容易理解，文献也很少.昭LS-DYNA中的各种材料模型LIVERMORE SOFTWARE TECHNOLOGY CORPORATIONLIVERMORE SOFTWARE TECHNOLOGY CORPORATIONLIVERMORE SOFTWARE TECHNOLOGY CORPORATIONLIVERMORE SOFTWARE TECHNOLOGY CORPORATIONAcoustic material FabricConcrete/SoilHigh Explosives Laminated Glass RigidUser-definedElasticElastic-Plastic Orthotropic/Anisotropic Hyperelastic (Rubber) FoamsCompositesViscoelasticHeart/Lung参考LS-DYNA用户手册中的材料表.弹性材料*MAT_ELASTIC(_FLUID)杨式模量和泊松比虎克定律仅限于小应变(最大可能到30-40%的应变) 对大的弹性应变使用下列模型 超弹性材料(Hyperelastic) 正交异性弹性(Orthotropic Elastic) 简单流体材料模型的参数选项 体积模量，黏性系数，气穴压力LIVERMORE SOFTWARE TECHNOLOGY CORPORATION材料失效失效的单元不再承受载荷并在计算中被删掉 单元可用的失效准则最小时间步长严重变形的单元经常预示着材料的失效，只能承受小的载荷。然而这些扭 曲的单元会控制总体的时间步长，删除这些单元可以增大时间步长，减少 运行时间.在 *control_timestep中的 ERODE参数和 SontroLtermination 中的DTMIN参薮一起作用可以调用基于时间步长的失效准则，这种准则用于 体单元和厚壳单元有些材料模型有自己的失效准则，例如，塑性模型的有效塑性应变基于时间复合材料基于应力的失效准则对于单点积分的体单元，使用关键字*MAT_ADD_EROSION可以在任何材料 模型中增加各种各样的失效准则如压力，应九 或奢基于应变的准则I关于壳失效的附加注释沿厚度方向的积分点能够渐进地失效，当某一个积分点满足 失效准则时，该积分点相应的应力降为0.除非在材料模型的描述中另有说明，否则所有沿厚度方向的 积分点都满足失效准则后壳才能被删除。金属的力学行为金属材料建模流体静力载荷#流体静力载荷在单轴载荷作用下，金属的拉伸可以看到以下几个阶段#流体静力载荷#流体静力载荷弹性段屈服塑性硬化颈缩断裂在流体静压力作用下，Bridgman (1 947,1 952)通过一系列的 实验得出以下结论-即使在很高的压力下，体积也不发生永久改变-塑性不可压 缩.压力对屈服应力的影响微不足道CTXX3金属塑性的理想化金属材料建模弹性-可以方便地忽略工作硬化理想塑性5指数塑性（指数定律）应力应变曲线近似地用两根直线来表示杨氏模量和切向模量塑性硬化近似地用指数曲线来表示7指数塑性（指数定律）#指数塑性（指数定律）#分段线性塑性9分段线性塑性硬化近似地用一组分段的直线来表示#分段线性塑性通常用离散的点来定义曲线#分段线性塑性#分段线性塑性#金属的Von Mises屈服准则 von Mises屈服准则是基于八面体剪应力原理，用主应力表示的5=0/= !(al -r2)2 + (98r 99)正交破坏的塑性材料模型计算量小于MatJohnsonCook正交破坏的塑性材料模型在指定的“应力降为0.不能直接模拟热软化 -合成壳公式是可选的正交破坏的塑性材料模型当指定数目的积分点达到断裂后单元被删除断裂发生。Mat 99 Mat_82具有正交破坏，其中，在某方向拉伸失效应变 晦，破环开始产生，继绥发展直至两个止殳方向中某一个方同拉W.对铝面板和实验数据有更好的相关性Exercise 1 dLIVERMORE SOFTWARE TECHNOLOGY CORPORATION泡沫材料泡沫用体单元来模拟如果泡沫变形剧烈，使用EFG (Element Free Galerkin)可能 是一个更好的方法SECTION _SOLID_EFG)二-一-典型地，泡沫结构和周围结构相比很软泡沫是吸能的(hysteresis or crushable)泡沫压缩吋会变硕包含泡沫的接触可能需要做特别的处理体积粘性应该减小或清除一匚泡沫很容易引起沙漏问题 =推荐使用单元公式ELFORM 1,沙漏控制公式2或者3o 沙漏控制公式6也是有效的(响血对沙漏系数敏勵不建议使用ELFORM 2.LIVERMORE SOFTWARE TECHNOLOGY CORPORATION*MAT_FU_CHANG_FOAM (83)用于可以恢复到原始形状的低密度泡沫应力一应变曲线有迟滞行为拉伸行为是线性的，有拉伸截止应力应力可以初始化，通过使用*INITIAL_FOAM_REFERENCE_GEOMETR Y应用场合：坐垫，侧碰假人的填料*MAT 73矣似*MAT B7彳日可考点粘禅件 可应输入*Mat_73的应力释放曲线用于中低密度，对应变率敏感的弹性泡沫 Drop tower data可以直接用来定义一个应力一应变曲线表.在最低的应变率下，加载和卸载曲线相同.拉伸行为是线性的，或者应力一应变曲线可以扩展到负的象限. 捡i申应分最夭宙斂止血力限初，到达截止血力启懐另o o应用：坐垫，缓冲器泡沫。更多的参考资料可见：dubois-foam.pdfLIVERMORE SOFTWARE TECHNOLOGY CORPORATION*MAT_MODIFIED_CRUSHABLE_FOAM(163)*MAT_CRUSHABLE_FOAM (63)用于各向同性，可压扁泡沫，如膨胀聚苯乙烯.加载曲线定义最大的压缩应力VS.体应变卸载是弹性的考虑应变率的影响，下一页(MAT_163)可考虑应变率的影响，是各向同性可压扁泡沫模型mat_63的 扩展LIVERMORE SOFTWARE TECHNOLOGY CORPORATION*MAT_HONEYCOMB (26)用于模拟各向异性，可压扁泡沫6个应力分量都有非线性弹塑性行为 限制应力由应力一相对体积（体应变）曲线给出. 曲线中纵坐标（应力）值应该是正的，即使在拉伸下.6个应力是非耦合的，直到完全压扁。此后是各向同性弹塑性可选择基于剪切应变的失效或拉伸应变的失效 类似于RADIOSS中材料定律28在RADIOSS模型中的体应变值（a）必须转换成（1-相对体积）=（1 + H）应用：可变形屏障，汽车散热器LIVERMORE SOFTWARE TECHNOLOGY CORPORATION*MAT_MODIFIED_HONEYCOMB (126)和前面的*mat_honeycomb材料很类似也可使用单元公式0和9 （Co-rotational体单元公式只用于*MAT_MODIFIED_HONEYCOMB）开念:用于可压扁的屏障能够承受非常大的变形而不失稳定性像非线性弹簧；单元能够翻卷并保持稳定 ELFORM=0局部坐标系随单元的旋转而变化对承受大剪切变形的固定屏障特别适合 ELFORM=9局部坐标系基于通过单元面中心的轴，在剪切状态下性能 上喊差适合于旋转移动的屏障.*MAT_TRANSVERSELY_ANISOTROPIC_CRUSHABLE_FOAM (142)由 Hirth, Du Bois,和 Weimar 开发 模拟各向异性的低密度挤出泡沫，典型地在挤出方向有高的强度1用于中低速碰撞中的吸能结构纵向载荷下其泊松比为0。r个光滑的各向异性的屈服面产生物理上正确的行为，如偏离轴_网的娜T作肝卜强屢期 应力是体应变的函数正确的非轴向载荷可能产生比M AT_HONEYCOMB更自然的结果泡沫模型5 *MAT_SOIL_AND_FOAM14 *MAT_SOIL_AND_FOAM_FAILURE26 _3mat_honeycomb Z126*MAT_MODIFIED_HONEYCOMB53 2ZZ*MAT_CLOSED_CELL_FOAM57 *MAT_LOW DENSiTY_FOAM62 *MAT VISCOUS FOAM63 *MAT_CRUSHABLE_FOAM73*MAT_LOW_DENS!TY_ VISCOUS_FOAM75*MAT_BILKHU/DUBOIS_FOAM=83*MAT FU CHANG FOAM970版本中新的泡沫142 *MAT_TRANSVERSELY_ANISOTROPIC_CRUSHABLE_FOAM144 *MAT_PITZER_CRUSHABLE_FOAM154 *MAT_DESHPANDE_FLECK_FOAM163 *MAT_MQn!F!ED_CRUSHABLE_FOAM177 *MAT_HILL_FOAM178 *MAT_VISCOELASTIC_HILL_FOAM179 ”MAT_LOW_DENSITY_SYNTHETIC_FOAM*MAT LOW DENSITY SYNTHETIC FOAM ORTHOLIVERMORE SOFTWARE TECHNOLOGY CORPORATION泡沫中的负体积泡沫在大变形时容易产生负体积错误.可以考虑釆取一些措施来防止这些 错误：使用 9ONTACT_INTERIOR借助关键字*PART_SET ,通过增加惩罚比例因子(default = 1.0)和活化 因子来提高有效性如果发生剪切变形，调用新的接触*contact_interior, 970中的类型2在可接受的情况下增加材料的阻尼常数，如在材料57中设置DAMP=05增加高应变处的应力一应变曲线的斜率(当体应变接近1.0时快速硬化响应) 避免曲线斜率的突变避免负体积减小时间步长安全因子到0.8或更小（*CONTROL_TIMESTEP） 避免用全积分的体单元 使用基于刚度公式的沙漏控制可以增加稳定性，但会使响应硬化.使用四面体单元并使用ELFORM 10 （精度可能会有损失）如果使用材料MAT_126,转换到单元公式0.六面体单元使用EFG公式.节约地用（费计算时间）.LIVERMORE SOFTWARE TECHNOLOGY CORPORATION体积粘性在体单元中，体积粘性在本构模型或状态方程(EOS)的压力计算 中会增加一项，该项决定于体应变的速率.这个增加的压力项是数值上的，和真正物理上的压力相比通常是比较小的。目的是消除传过一定数目单元的冲击波(大概5个 单元).在泡沫中使用默认的体积粘性会导致数值压力和真正的物理压 力相当，这样对结构有比较大的影响。线性的和二次的体积粘 性应该减少一个数量级或者借助于材料输入参数的标记关掉.默认的线性和二次的体积粘性的系数值可以通过 *control_bulk_viscosity 或者 *hourglass/*part 修改.LIVERMORE SOFTWARE TECHNOLOGY CORPORATION复合材料建模复合材料的特性材料坐标系对壳单元用户自定义的积分方法LS-DYNA中的复合材料模型LIVERMORE SOFTWARE TECHNOLOGY CORPORATION复合材料性质高级复合材料在其内部嵌入有硬的,高强度的纤维.每一层的性质是正交的，因为每层的纤维铺在单一方向。 通常，高级复合材料的截面有多层，每一层都有纤维，且相邻 两层的纤维放置方向都不一样.三明治(sandwitch)复合材料的截面可能有个别各向 同性的层，但每层的材料性质和厚度都不同.二 泡沫夹心复合材料是二种特殊的三明治复合材料，其中厚的 比较软的泡沫层夹在两块薄的硬板层之间。LIVERMORE SOFTWARE TECHNOLOGY CORPORATIONLS-DYNA中的正交异性材料正交弹性常数定义在材料坐标系中必须为每一个正交单元，所有的壳以及厚度方向的每 一个积分点定义材料坐标系。坐标系的方向可以在下 面三个地方定义。在材料(*mat)中定义见*mat_2 中“AOPT 的描述(orthotropic_elastic)在单元性质(*section_shell)中定义为每一个积分点指走一个“beta”角在单元(*element_shell_beta5 *element_solid_ortho)中定义(可选的)一 一一 一LIVERMORE SOFTWARE TECHNOLOGY CORPORATION用户自定义积分Gaussian和Lobatto积分方法已经预先确定了积分点 位置和权系数。梯形积分的积分点等间隔分布。对复合材料，用户需要定义自己的积分点位置和权系 数（对应于层厚），并为每一个积分点指定不同的材料 常数。使用*integration _shell定义积分方法在怙ection shell中设置QR/IRID -个负整数来调用定义的积分方法LIVERMORE SOFTWARE TECHNOLOGY CORPORATION*mat_2 (elastic_orthotropic)下面4种适用于“高级复合材料笃每种都具有一个特别的 fiber/matrix damage牌号和失效准则。*mat_22 (composite_damge)如果在 *control_shell 中设置 lamsht=1 则使用 laminate shell理论 *mat_54,55 (enhanced_composite_damage)如果在 *control_shell 中设置 lamsht=1 则使用 laminate shell理论*mat_58 (laminated_composite_fabric) *mat_59 (composite_failure(_shell, _solid)_model)可以用于壳和体复合材料模型论文 Xrashworthiness Analysis with Enhanced Composite Material Models in LS-DYNA - Merits and Limits： Schweizerhof et al, 5th International LS-DYNA Users Conference (1998)提供了对 LS-DYN 中几种复 合材料模型的研究分析，包括mat_545 mat_58, and mat_59.LIVERMORE SOFTWARE TECHNOLOGY CORPORATION*mat_117 (composite_matrix) *mat_118 （composite_direct）Resultant formulation （无应力计算）需输入刚度矩阵的21个系数117中的刚度系数在材料坐标系中给出118中的刚度系数在单元坐标系中给出（更低的存储要求）LIVERMORE SOFTWARE TECHNOLOGY CORPORATION复合材料*mat_161 （composite_msc）来自Materials Sciences的有版权的模型（ 需要另外的license）用于壳和体提供纤维剪切和纤维压垮失效准则（体单元）能预测分层（体单元）LIVERMORE SOFTWARE TECHNOLOGY CORPORATION复合材料建模正交壳的响应对面内剪切变形和沙漏变形非常敏感， 敏感程度取决于单元坐标系是如何建立的。为了减小 这种敏感性鳥虽烈雅荐在*control_accuracy申设置 INN = 2 以调用 u Invarient Node Numbering对于复合材料，如果在*database_extent_binary中设 置CMPFLG (and STRFLG) = 1,则输出的应力和应 变是在材料坐标系中的结果而不是全局坐标系中的结 果。LIVERMORE SOFTWARE TECHNOLOGY CORPORATION地质材料地质材料(Geologic Materials)有.土壤岩石混凝土 地质材料的特点拉伸脆性和压力有关的屈服面高压缩性Dr. Len Schwer (len)提供关于LS-DYNA地质材 料的短期培训课程.El地质材料确定材料常数要求的最少实验测试静水压缩测试压力（平均应力）VS体应变三轴压缩测试各种限制压力下的失效应力差异VS.平均应力无限制压缩测试是一种特殊的情况其它实验室测试三轴拉伸对 3-invarient cap model 很有用El地质材料 mat_193 (Drucker-Prager) Arup, UK 开发 Mohr-Coulomb 失效面mat_5 (soil_andoam)五压力有臬的扇服面表格形式的压力vs.体应变*mat_16 (pseudo_TENSOR)并有钢筋加强S混凝土有内置的选项用于具有Tresca限制的MohrCoulomb屈服面的选项 要求有一个状态方程(EOS)进行压力计算LIVERMORE SOFTWARE TECHNOLOGY CORPORATION地质材料*mat_145 (schwer_murray_cap) 3-invarient, continuous cap model 联合流动比 mat_25 (geologic_cap)有改进在970版本中其它土壤模型 *mat_78 (soil_concrete) *mat_79 (hysteretic_soil)*mat_192 (soil_brick)LIVERMORE SOFTWARE TECHNOLOGY CORPORATION混凝土材料模型 *mat_84585 (winfrith)对混凝土，可考虑或不考虑速率影响创建一个crack file55,用于在LS-POST中显示裂纹其它的混凝土模型 *mat_96 (brittle_damage) *mat_72 (concrete_damage)*mat_111 (johnson_holmquist)LIVERMORE SOFTWARE TECHNOLOGY CORPORATIONh混凝土中的钢筋有些混凝土材料模型带有加强的钢筋 *mat_16, 72, 84,96钢筋可以用梁单元来模拟，连接梁单元到混凝土合并梁单元和混凝土单元的节点 使用*contact_1 D （粘结滑移准则）使用 *constrainedjagrangejn_solid （约束的方法）梁的网格不需要和体的网请由喩一列注意这种约束方法可能被其它冲突的约束破坏掉。如对称 平面.LIVERMORE SOFTWARE TECHNOLOGY CORPORATION超弹材料具有大应变可能性的非线性弹性,如橡胶通常假定为近似不可压缩材料(PR 0.5)使用全Lagrangian公式*mat_27 (mooney_rivlin)参数自动拟合成单轴测试数据 记住在d3hsp中检查拟合的可靠性适用于体和壳*mat_77 (ogden_rubber3 hyperelastic_rubber)参数自动拟合成单轴测试数据拟合的阶数由用户指定(可能比mat_27拟合得更好) 记住在d3hsp中检查拟合的可靠性仅适用于体可以考虑速率的影响(viscoelasticity)可以使用和频率无关的阻尼LIVERMORE SOFTWARE TECHNOLOGY CORPORATION超弹材料SOLID ELEMENT TENSILE BAR TEST PROBLEM_A_ Mooney-Ri vim B Ogden _Test DataChange in Gage Length*mat_7 (blatz_ko)仅要求输入一个剪切模量适用于体和壳*mat_87 (cellular_rubber)甬受压空气袋模拟橡胶内部拟合成单轴测试数据仅适用于体 *mat_181 (simplied_rubber)接受在离散的应琳下的单轴测试数据可以使用和频率无关的阻尼OthersLIVERMORE SOFTWARE TECHNOLOGY CORPORATION厢专业材料木材*mat_143 （wood）对冷杉和黄松木有内置的常量生物材料 *mat_91 （软组织） Fat_128（心脏组织） *mat_129 （肺组织）*mat_spring_muscle用于离散的单元LIVERMORE SOFTWARE TECHNOLOGY CORPORATION厢专业材料声学材料*mat_90 (acoustic)追踪小幅值压力波气穴纺织材料Fat_34(纺织材料)是正交异性材料，利用标识参数可关闭 压应另有控制气囊排气的参数参考几何形状在折叠气囊中做单元变形的修正玻璃 *mat_19 (strain_rate_dependent_plasticity)有 最大王应力失效甬选烦对于体5 *mat_1 (elastic)用 *mat_add_erosion ( 用最大主应力或应变作失效准则)环充奇达到同样 效果3LIVERMORE SOFTWARE TECHNOLOGY CORPORATION厢专业材料塑料/聚合体具有有限的弹性应变和带应变软化的塑性*MAT_24 (piecewise_linear_plasticity)用于类似金属的塑性 *MAT_81，82 (plasticity_with_damage(_orthotropic) *MAT_89 (plasticity_polymer)*MAT_101 (Geplastic_srate_2000a)GE塑料，提供热塑性塑料常量*MAT_112 (finite_elastic_strain_plasticity)考虑屈服前的有限弹性应变*MAT_141 (rate_dependent_polymer)#LIVERMORE SOFTWARE TECHNOLOGY CORPORATION厢专业材料热塑性材料模型*mat_60 (elastic_with_viscosity)*mat_106 (elastic_viscoplastic_thermal)5LIVERMORE SOFTWARE TECHNOLOGY CORPORATIONEl离散梁单元材料离散梁单元的材料有很多 Mat_66,67,68,69,70,7h74,93,94,95,97,119,121,146,196,Mat_66 （mat_linear_elastic_discrete_beam）二6个线性弹簧常量（寿动* 3转动 6个线性阻尼常量（可选）Mat_67 （mat_nonlinear_elastic_discrete_beam）3根力位移曲线+ 3根力矩-转角曲线3根力速度曲线+ 3根力矩-转动速度曲线（可选）Mat_70 （mat_cable_discrete_beam）弹性，仅承受拉伸（线性或非线性）离散梁单元材斜Mat_196 (mat_general_spring_discrete_beam)在6个自由度方向弹性(线性或非线性)或非弹性行为可含有阻尼项如果是零长度，则等同于RADIOSS中的Troperty Set Type 8 -General Spring如果有限长度，则等同于RADIOSS中的Troperty Set Type 13 - Beam Type Spring”，其在 *section_beam 中的参数 SCOOR设置成-2或2.