第三章 LS-DYNA材料模型
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泡沫部件相对周围的结构是非常软的 因此，接触力常常在泡沫部件中导致沙漏出 现，特别是模型网格较粗糙时 所以，全积分体单元是最好的选择，在开始 时排除沙漏问题
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53 *MAT_CLOSED_CELL_FOAM
闭室泡沫: • 开发用于低密度聚氨酯 (常用于船用集装箱及汽车设计中的 冲击限制物建模) • 要输入DENS, EX, 初始泡沫压力Po, 泡沫聚合密度比率 • 包括封闭气压效应 • NUXY 趋向于零 • 屈服条件: y = a + b(1+c ) • 其中 a, b和c 为实验确定的参数, = V/ Vo + o - 1 • 其中 V 是当前体积, Vo 是初始体积, o 是初始体积应 变
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应变率影响 35XF-LT, Low Carbon Steel
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应变率影响
Cowper-Symonds »由应变率相关因子缩放屈服应力 Johnson-Cook » 由有效塑性应变率因子缩放流动应力 General »由应变率相关因子缩放屈服应力 – 曲线：缩放因子对应变率 Strain rate dependent plasticity » 曲线：屈服应力对有效应变率
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橡胶
通常认为是不可压缩的，因为体积模量在数量上 远远超过剪切模量 7 *MAT_BLATZ-KO_RUBBER 27 *MAT_MOONEY-RIVLIN_RUBBER 31 *MAT_FRAZER-NASH_RUBBER 77 *MAT_HYPERELASTIC_RUBBER 77 *MAT_OGDEN_RUBBER 87 *MAT_CELLULAR_RUBBER
仅对体单元 超弹性规则的改进形式 由 Kedington于1988年描述 泊松比: 0.49 < < 0.50 应变能函数
» I, J 应力不变量
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87 *MAT_CELLULAR_RUBBER
仅对体单元
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泡沫材料
能量耗散 材料的响应与路径有关 土壤和可压缩的泡沫代表一类当被压缩或压紧时 变硬的材料 比如，土壤，当颗粒间有空间时有一确定的刚 度，当压缩时，材料变硬，土壤的卸载呈现线性， 土壤不能承担拉伸载荷 多孔泡沫有相似的行为，硬度更低，直到孔被压 缩。泡沫卸载沿着加载路径
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体积应变和压力
压缩中压力为正 体积应变定义为相对体积的自然对数，压缩 中为负 相对体积定义为当前体积与初始体积的比值 列表数据应该以压缩增加的方式排列 如果压力降低到切断值，则保持为该值
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体积应变和压力
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体积应变和压力
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其它常用的材料模式
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该模型可以得到稍微可压缩的超弹性材料. 常用于大应变的橡胶材料. 程序中,可以用单轴拉伸实验的结果和轴向标距, 以及轴力与标距长度改变量代替输入参数A和B.
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27 *MAT_MOONEY-RIVLIN_RUBBER
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31 *MAT_FRAZER-NASH_RUBBER
更多其它的
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1 *MAT_ELASTIC 定义线性材料 适用：梁，壳，体，厚壳 输入 » 密度 » 杨氏模量 » 泊松比 对于Bel-Schwer梁的轴向和弯 曲阻尼
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3 *MAT_PLASTIC_KINEMATIC 定义一个双线性规则的材料 适用：梁，壳，体，厚壳 输入 » 密度 屈服应力 »杨氏模量 切线模量 »泊松比 硬化参数 Cowper-Symonds 应变率影响 »可获得粘塑性公式 基于失效应变的单元删除
其中 V 为当前体积和初始体积之比
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26 *MAT_HONEYCOMB
蜂窝材料 : • 正交各向异性可压碎泡沫为侧面冲击缓冲器前端 材料和航空结构而开发 • 可以分别定义法向应力和剪切应力的非线性行为 • 需要DENS, EX, NUXY和粘性系数 • 需输入完全压紧的蜂房的屈服应力和体积 • 需输入弹性模量和每个正交方向上的应力与相对 体积或体积应变载荷曲线
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62 *MAT_VISCOUS_FOAM
粘性泡沫 : • 在碰撞模拟中吸能泡沫常用于模拟吸能材料（例 如假人） • 仅用于压缩载荷下的实体模型 • 由平行的非线性弹簧和粘性阻尼构成 • 需要有DENS, EX (初始杨氏模量E1) 和 NUXY • 弹性刚度E’ 定义为: E’ = E1 V-n1 其中 n1 是弹性刚度幂率 • 粘性系数V’ 定义为: V’ = V2 |1-V|n2 其中 V2 = 初始粘度系数 n2 = 粘度系数幂率
27 *MAT_MOONEY-RIVLIN_RUBBER
体和壳 Frazer-Nash 橡胶模型的简化 用于定义稍微可压缩橡胶材料 泊松比(建议0.49-0.495) 两常数: A 和 B 应变能密度函数 – I, II, III 为 Cauchy-Green 张量不变量 – C = 0.5A + B – – 2 (A + B) = 线弹性的剪切模量
*mat_null+EOS(常见流体) *mat_high_explosive+EOS（炸药） *MAT_ELASTIC_PLASTIC_HYDRO+EOS（固体在高应变率下 的流体表现） *mat_3-parameter_barlat（三参数的BARLAT各向异性塑性金属 材料） *mat_transversely_elastic_plastic（横向各向异性金属材料） *mat_fabric（气囊、丝织物） *mat_composite_failure_options_model（实体或壳复合材料） *mat_seatbelt（安全带材料） *mat_thermal_options （材料热物理参数） *user_defined_material_models（用户自定义材料的参数输入）
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7 *MAT_BLATZ-KO_RUBBER
体和壳 用于接近不可压缩橡胶材料 泊松比固定为0.463 输入 » 密度 » 剪切模量 适合聚氨酯橡胶 第二Piola-Kirchoff 应力与Cauchy 应力之间有转换 公式 该模型常用于表达中等程度大应变的橡胶特性.输入剪 切模量可以得到一种稍微可压的材料.没有详细数据时 可选用该模型.更加完善的橡胶超弹性材料是27和31号 材料. 登录协同仿真时代
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材料类型
复合材料 陶瓷 纺织品 泡沫 玻璃 金属 塑料 橡胶 土壤/混凝土
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金属
1 *MAT_ELASTIC 3 *MAT_PLASTIC_KINEMATIC 24 *MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY
*MAT_ORTHOTROPIC_ELASTIC *MAT_ANISOTROPIC_ELASTIC *MAT_ELASTIC_PLASTIC_HYDRO *MAT_STEINBERG *MAT_ISOTROPIC_ELASTIC_PLASTIC *MAT_JOHNSON_COOK *MAT_ORIENTED_CRACK *MAT_POWER_LAW_PLASTICITY *MAT_STRAIN_RATE_DEPENDENT *MAT_PLASTICITY_WITH_DAMAGE ---*MAT_RESULTANT_PLASTICITY *MAT_CLOSED_FORM_SHELL_PLASTICITY *MAT_BARLAT_ANISOTROPIC_PLASTICITY *MAT_PLASTIC_GREEN-NAGHDI_RATE *MAT_3-PARAMETER-BARLAT *MAT_TRANSVERSELY_ANISOTROPIC *MAT_BAMMAN_DAMAGE *MAT_RATE_SENSITIVE_POWERLAW *MAT_MODIFIED_ZERILLI_ARMSTRONG
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泡沫
5 *MAT_SOIL_AND_FOAM 14 *MAT_SOIL_AND_FOAM_FAILURE 26 *MAT_HONEYCOMB 38 *MAT_BLATZ_FO_FOAM 53 *MAT_CLOSED_CELL_FOAM 57 *MAT_LOW_DENSITY_FOAM 62 *MAT_VISCOUS_FOAM 63 *MAT_CRUSHABLE_FOAM 75 *MAT_BILKHU/DUBOIS_FOAM 83 *MAT_FU_CHANG_FOAM 仅对体单元
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57 *MAT_LOW_DENSITY_FOAM
• 低密度泡沫 :
– – – – – – – – – – – – 主要用于模拟汽车座位垫，侧面冲击假人的填料 有 hysteretic 应力-应变行为，但能接近恢复到原始形状的材料 需要输入密度DENS和弹性模量EX 采用载荷曲线标识号(LCID)输入应力应变行为 对于压缩，模型用可能的能量耗散来假设材料的滞后行为 对于拉伸，直到拉伸截止应力以前模型均表现为线性行为 NUXY 近似的设为零 使用滞后卸载时，如果衰减常数 = 0 ，重新加载将会沿卸载曲线进行 如果非零, 初始载荷由1- e-t决定，可用粘性系数(0.05-0.5)模拟阻尼效应 体积粘度如果标记为1，则被激活 滞后卸载使用形状卸载因数，数值上小于1－能量耗散 输入的滞后卸载(HU)因数在0到1之间，如果HU=1 ，就没有能量耗散
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3 *MAT_PLASTIC_KINEMATIC
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硬化
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24 *MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY 定义双线性规则或任意应力应变曲线 适用：梁，壳，体，厚壳 输入 » 密度 屈服应力 »杨氏模量 切线模量或应力应变曲线 »泊松比 Cowper-Symonds SRE 或任意应变率相关 »可获得粘塑性公式 基于塑性应变或最小时间步的单元删除
DYNA高级应用培训
3ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ材料模型
第七章 材料
对获得有用的仿真结果而言，材料的行为和特性 可能是最令人头痛的 非线性材料的行为经常通过新的研究来更新 非线性材料的特性是不容易获得的, 常需采用简 化模型
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材料失效
失效的单元不再承担任何载荷，记录在d3plot文 件中 ，所以可以在显示中删除. 材料失效的方式 »最小时间步 当一单元扭曲时，时间步降低，严重的扭曲 单元常表明材料已失效，只承担小的载荷。然而 ，这些扭曲的单元控制CPU的开销和运行时间， 删除这些单元可使时间步增大。 »塑性应变 »失效应力
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» *MAT_ADD_EROSION 一点积分的体单元 压力、各种应力和应变准则
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应变率影响
应变率影响（动力影响） - SRE » 迅速加载可能导致材料特性的改变，特别 是一些金属材料 » 应变率 =材料变形的变化率 »实验室实验是准静态，实际应用是动态 » SRE 与材料晶体结构有关 » SRE 能影响失效应变 » SRE 对低碳钢影响尤其大
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63 *MAT_CRUSHABLE_FOAM 可压碎泡沫 :
• 用于可永久压服的材料（如聚苯乙烯固体） • 可选择粘性阻尼和截止张力（撕裂） • 卸载认为是完全弹性过程 • 拉伸按照完全弹塑性处理 • 需DENS, EX, NUXY • 需输入定义屈服应力与体积应变的载荷曲线 • 体积应变 为: = 1 – V
泡沫部件相对周围的结构是非常软的 因此，接触力常常在泡沫部件中导致沙漏出 现，特别是模型网格较粗糙时 所以，全积分体单元是最好的选择，在开始 时排除沙漏问题
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53 *MAT_CLOSED_CELL_FOAM
闭室泡沫: • 开发用于低密度聚氨酯 (常用于船用集装箱及汽车设计中的 冲击限制物建模) • 要输入DENS, EX, 初始泡沫压力Po, 泡沫聚合密度比率 • 包括封闭气压效应 • NUXY 趋向于零 • 屈服条件: y = a + b(1+c ) • 其中 a, b和c 为实验确定的参数, = V/ Vo + o - 1 • 其中 V 是当前体积, Vo 是初始体积, o 是初始体积应 变
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应变率影响 35XF-LT, Low Carbon Steel
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应变率影响
Cowper-Symonds »由应变率相关因子缩放屈服应力 Johnson-Cook » 由有效塑性应变率因子缩放流动应力 General »由应变率相关因子缩放屈服应力 – 曲线：缩放因子对应变率 Strain rate dependent plasticity » 曲线：屈服应力对有效应变率
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橡胶
通常认为是不可压缩的，因为体积模量在数量上 远远超过剪切模量 7 *MAT_BLATZ-KO_RUBBER 27 *MAT_MOONEY-RIVLIN_RUBBER 31 *MAT_FRAZER-NASH_RUBBER 77 *MAT_HYPERELASTIC_RUBBER 77 *MAT_OGDEN_RUBBER 87 *MAT_CELLULAR_RUBBER
仅对体单元 超弹性规则的改进形式 由 Kedington于1988年描述 泊松比: 0.49 < < 0.50 应变能函数
» I, J 应力不变量
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87 *MAT_CELLULAR_RUBBER
仅对体单元
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泡沫材料
能量耗散 材料的响应与路径有关 土壤和可压缩的泡沫代表一类当被压缩或压紧时 变硬的材料 比如，土壤，当颗粒间有空间时有一确定的刚 度，当压缩时，材料变硬，土壤的卸载呈现线性， 土壤不能承担拉伸载荷 多孔泡沫有相似的行为，硬度更低，直到孔被压 缩。泡沫卸载沿着加载路径
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体积应变和压力
压缩中压力为正 体积应变定义为相对体积的自然对数，压缩 中为负 相对体积定义为当前体积与初始体积的比值 列表数据应该以压缩增加的方式排列 如果压力降低到切断值，则保持为该值
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体积应变和压力
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体积应变和压力
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其它常用的材料模式
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该模型可以得到稍微可压缩的超弹性材料. 常用于大应变的橡胶材料. 程序中,可以用单轴拉伸实验的结果和轴向标距, 以及轴力与标距长度改变量代替输入参数A和B.
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27 *MAT_MOONEY-RIVLIN_RUBBER
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31 *MAT_FRAZER-NASH_RUBBER
更多其它的
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1 *MAT_ELASTIC 定义线性材料 适用：梁，壳，体，厚壳 输入 » 密度 » 杨氏模量 » 泊松比 对于Bel-Schwer梁的轴向和弯 曲阻尼
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3 *MAT_PLASTIC_KINEMATIC 定义一个双线性规则的材料 适用：梁，壳，体，厚壳 输入 » 密度 屈服应力 »杨氏模量 切线模量 »泊松比 硬化参数 Cowper-Symonds 应变率影响 »可获得粘塑性公式 基于失效应变的单元删除
其中 V 为当前体积和初始体积之比
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26 *MAT_HONEYCOMB
蜂窝材料 : • 正交各向异性可压碎泡沫为侧面冲击缓冲器前端 材料和航空结构而开发 • 可以分别定义法向应力和剪切应力的非线性行为 • 需要DENS, EX, NUXY和粘性系数 • 需输入完全压紧的蜂房的屈服应力和体积 • 需输入弹性模量和每个正交方向上的应力与相对 体积或体积应变载荷曲线
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62 *MAT_VISCOUS_FOAM
粘性泡沫 : • 在碰撞模拟中吸能泡沫常用于模拟吸能材料（例 如假人） • 仅用于压缩载荷下的实体模型 • 由平行的非线性弹簧和粘性阻尼构成 • 需要有DENS, EX (初始杨氏模量E1) 和 NUXY • 弹性刚度E’ 定义为: E’ = E1 V-n1 其中 n1 是弹性刚度幂率 • 粘性系数V’ 定义为: V’ = V2 |1-V|n2 其中 V2 = 初始粘度系数 n2 = 粘度系数幂率
27 *MAT_MOONEY-RIVLIN_RUBBER
体和壳 Frazer-Nash 橡胶模型的简化 用于定义稍微可压缩橡胶材料 泊松比(建议0.49-0.495) 两常数: A 和 B 应变能密度函数 – I, II, III 为 Cauchy-Green 张量不变量 – C = 0.5A + B – – 2 (A + B) = 线弹性的剪切模量
*mat_null+EOS(常见流体) *mat_high_explosive+EOS（炸药） *MAT_ELASTIC_PLASTIC_HYDRO+EOS（固体在高应变率下 的流体表现） *mat_3-parameter_barlat（三参数的BARLAT各向异性塑性金属 材料） *mat_transversely_elastic_plastic（横向各向异性金属材料） *mat_fabric（气囊、丝织物） *mat_composite_failure_options_model（实体或壳复合材料） *mat_seatbelt（安全带材料） *mat_thermal_options （材料热物理参数） *user_defined_material_models（用户自定义材料的参数输入）
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7 *MAT_BLATZ-KO_RUBBER
体和壳 用于接近不可压缩橡胶材料 泊松比固定为0.463 输入 » 密度 » 剪切模量 适合聚氨酯橡胶 第二Piola-Kirchoff 应力与Cauchy 应力之间有转换 公式 该模型常用于表达中等程度大应变的橡胶特性.输入剪 切模量可以得到一种稍微可压的材料.没有详细数据时 可选用该模型.更加完善的橡胶超弹性材料是27和31号 材料. 登录协同仿真时代
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材料类型
复合材料 陶瓷 纺织品 泡沫 玻璃 金属 塑料 橡胶 土壤/混凝土
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金属
1 *MAT_ELASTIC 3 *MAT_PLASTIC_KINEMATIC 24 *MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY
*MAT_ORTHOTROPIC_ELASTIC *MAT_ANISOTROPIC_ELASTIC *MAT_ELASTIC_PLASTIC_HYDRO *MAT_STEINBERG *MAT_ISOTROPIC_ELASTIC_PLASTIC *MAT_JOHNSON_COOK *MAT_ORIENTED_CRACK *MAT_POWER_LAW_PLASTICITY *MAT_STRAIN_RATE_DEPENDENT *MAT_PLASTICITY_WITH_DAMAGE ---*MAT_RESULTANT_PLASTICITY *MAT_CLOSED_FORM_SHELL_PLASTICITY *MAT_BARLAT_ANISOTROPIC_PLASTICITY *MAT_PLASTIC_GREEN-NAGHDI_RATE *MAT_3-PARAMETER-BARLAT *MAT_TRANSVERSELY_ANISOTROPIC *MAT_BAMMAN_DAMAGE *MAT_RATE_SENSITIVE_POWERLAW *MAT_MODIFIED_ZERILLI_ARMSTRONG
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泡沫
5 *MAT_SOIL_AND_FOAM 14 *MAT_SOIL_AND_FOAM_FAILURE 26 *MAT_HONEYCOMB 38 *MAT_BLATZ_FO_FOAM 53 *MAT_CLOSED_CELL_FOAM 57 *MAT_LOW_DENSITY_FOAM 62 *MAT_VISCOUS_FOAM 63 *MAT_CRUSHABLE_FOAM 75 *MAT_BILKHU/DUBOIS_FOAM 83 *MAT_FU_CHANG_FOAM 仅对体单元
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• 低密度泡沫 :
– – – – – – – – – – – – 主要用于模拟汽车座位垫，侧面冲击假人的填料 有 hysteretic 应力-应变行为，但能接近恢复到原始形状的材料 需要输入密度DENS和弹性模量EX 采用载荷曲线标识号(LCID)输入应力应变行为 对于压缩，模型用可能的能量耗散来假设材料的滞后行为 对于拉伸，直到拉伸截止应力以前模型均表现为线性行为 NUXY 近似的设为零 使用滞后卸载时，如果衰减常数 = 0 ，重新加载将会沿卸载曲线进行 如果非零, 初始载荷由1- e-t决定，可用粘性系数(0.05-0.5)模拟阻尼效应 体积粘度如果标记为1，则被激活 滞后卸载使用形状卸载因数，数值上小于1－能量耗散 输入的滞后卸载(HU)因数在0到1之间，如果HU=1 ，就没有能量耗散
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3ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ材料模型
第七章 材料
对获得有用的仿真结果而言，材料的行为和特性 可能是最令人头痛的 非线性材料的行为经常通过新的研究来更新 非线性材料的特性是不容易获得的, 常需采用简 化模型
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材料失效
失效的单元不再承担任何载荷，记录在d3plot文 件中 ，所以可以在显示中删除. 材料失效的方式 »最小时间步 当一单元扭曲时，时间步降低，严重的扭曲 单元常表明材料已失效，只承担小的载荷。然而 ，这些扭曲的单元控制CPU的开销和运行时间， 删除这些单元可使时间步增大。 »塑性应变 »失效应力
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» *MAT_ADD_EROSION 一点积分的体单元 压力、各种应力和应变准则
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应变率影响
应变率影响（动力影响） - SRE » 迅速加载可能导致材料特性的改变，特别 是一些金属材料 » 应变率 =材料变形的变化率 »实验室实验是准静态，实际应用是动态 » SRE 与材料晶体结构有关 » SRE 能影响失效应变 » SRE 对低碳钢影响尤其大
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63 *MAT_CRUSHABLE_FOAM 可压碎泡沫 :
• 用于可永久压服的材料（如聚苯乙烯固体） • 可选择粘性阻尼和截止张力（撕裂） • 卸载认为是完全弹性过程 • 拉伸按照完全弹塑性处理 • 需DENS, EX, NUXY • 需输入定义屈服应力与体积应变的载荷曲线 • 体积应变 为: = 1 – V