材料模型的讲解

Training Manual
冲头 工件
模具
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Material Models
正交各向异性材料
• 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)
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Material Models
正交各向异性材料
• 正交各向异性塑性
– 使用广义二次屈服面
2 2 2 f (σ ij ) = a11σ 11 + a22σ 22 + a33σ 33 + 2a12σ 11σ 22 + 2 + 2a23σ 22σ 33 + 2a13σ 11σ 33 + 2a44σ 23 2 2 + 2a66σ 12 =k 2a55σ 31
Training Manual
– 模拟
• 失效载荷: 83kN ± 5KN
Courtesy of AWE (A), UK
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Material Models
刚性材料
• 用来定义刚性体
– 显式动力学(ANSYS)中定义刚性体的不同 方式
Training Manual
• 在标准材料输入窗口选择 “EOS Rigid” • 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
• 正交各向异性弹性刚度矩阵 – 线性体积响应
Training Manual
– 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
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AUTODYN 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
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和显式动力学(ANSYS)中的模 型一样
EOS
Strength
Failure
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P/ργ = C
• 压力换算
– 减去大气压力
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Two Phase状态方程
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Material Models
正交各向异性材料
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• 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 状态方程 正交各向异性屈服 正交各向异性软化
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Material Models
AUTODYN附加材料模型
• Ideal Gas 状态方程 • Two Phase 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
• 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
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AUTODYN Equation of State Strength Model Failure Model
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破片分析
• 查看和列表显示破片的形成特性 • 例子: 子弹出膛后爆炸
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Courtesy Sandia National Lab.
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Material Models
Ideal Gas 状态方程
• 带能量项的 状态方程EOS
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P = (γ − 1)ρe +
γ = 理想气体参数 ρ = 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
Material Models
Beam强化模型
• 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 力矩-曲率 力矩-曲率 力矩-曲率 轴11 轴 11 轴 22 轴 33
Training Manual
• 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
第九章 材料模型
ANSYS AUTODYN
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显式动力学 (ANSYS)中的材料模型
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正交各向异性材料
• 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
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C =
S = C-1 =
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Material Models
Beam强化模型
• 例子: 比例为1/3 的拉覆试验
– 试验
• 失效载荷: 86kN ± 4KN
• 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
Training Manual
• 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
压力 气体区域
流体区域
两相区域 流体和气体 比容
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Material Models
Sesame 库 • Sesame库作为存储状态数据的表 格，并不是状态方程
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Material Models
累积损伤失效模型
• 考虑积累效应，强度逐步降低
•
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– 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
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正交各向异性材料
• 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
– 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
Training Manual
• 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
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Material Models
正交各向异性材料 • 使用固体单元描述正交各向异性材料
Training Manual
压层复合材料
或
等价的正交各向异性材料 - 只显示 单个体
2
3 1
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可变性弹丸
刚性弹丸
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Material Models
刚性材料 • 例子: 金属板成型
– 刚性冲头和模具 – 非结构壳 (主四边形) 工件
– 正交各向异性实体
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– 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
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Material Models
正交各向异性材料
• 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
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Material Models
刚性材料 • 例子: 3D 斜侵彻
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