ansys高级非线性分析五粘弹性

粘塑性 ... ANAND 粘塑性选项
• Anand 模型最初用于高温金属成型过程, 例如轧制和深拉。 – Anand, L., “Constitutive Equations for Hot-Working”, International Journal of Plasticity, Vol. 1, pp. 213-231 (1985). – Brown, S. B., Kim, K. H. 和 Anand, L., “An Internal Variable Constitutive Model for Hot Working of Metals”, International Journal of Plasticity, Vol. 5, pp. 95-130 (1989).
SImHpElicLitL-1c8or1e ,anPdL1A8xNE182-183,
Explicit - core and misc
SCOorLeIaDnd18185x-187,
BEAM188V-1IS8C9O106-108
粘塑性 ... 粘塑性理论的背景
• 前一章讨论了ANSYS的显式和隐式蠕变选项。 • 本章将关注 ANSYS 中后两种粘塑性选项– Peirce 和 Perzyna (TB,RATE) 与 Anand 模型
(TB,ANAND)。
粘塑性 B. RATE 粘塑性选项 • ANSYS有一般的率相关塑性模型，被简单地表示为“RATE”,
定义应力-应变关系为一个速率公式: 基于附加的应变速率分量: 基于粘塑性流动规律, 等效非弹性应变可以写为: 式中f 为屈服函数, g为粘塑性参数。
D:el elin
in g
Hardening (TB,NLISO)
Anisotropic
Bilinear Isotropic
Viscoplasticity Hardening (TB,BISO)
(TB,RATE + Multilinear Isotropic
TB,HILL)
Hardening (TB,MISO)
Nonlinear Isotropic
Viscoplasticity Hardening Law
Viscoplasticity Bilinear Isotropic
(TB,RATE)
Hardening (TB,BISO)
Multilinear Isotropic
Hardening (TB,MISO)
Nonlinear Isotropic
• 关于RATE模型应注意的几点:
–
当g Perzyna
收or敛为2xp0l 静时态, 求解解。收敛到率无关解，当
m
0
时,
Peirce收敛为1x 静态解,
而
– 当m=1/n 很小(< 0.2)时, Peirce 在数值上更稳定。注意右侧图中, m是一个小值， Perzyna 模型显示更陡峭的初始曲线，另一方面, Peirce数值上更稳定。
m
Perzyna 模型
静态屈服应力 (TB,BISO/MISO/NLISO)
3 PERZYNA
2
应力比率
S R in
1
in
g
m
Peirce 模型
1
PEIRCE
00
1
2
3
4
5
正则化应变率
粘塑性 ... RATE 粘塑性选项 • 这意味着应力比率作为应变率的函数而改变。
– 下面是一个应变率在1e-2 和 1e-3 之间变动的模型例子， 注意屈服应力是如何变化的。
Time scale
Long periods, creep and plasticity Short periods, usually for impact-
Short/medium periods
have different time scales
type problems
1 “RATTEem”Epf包feerca括tstuPreeircTeepm和aprteProafeteurqrezuayetfinfoenact(so模rinmc型lautde。eridalas
– 因此, RATE 公式对于在类似时间尺度-高应变速率应用中(例如冲击载荷)的in两种机p理l, 都v是p
合适的。 – 率无关和率相关应变是不可分的，输出的总的非弹性应变将是‘塑性应变(EPPL) ’。 – 为了包括热效应, 所有的材料常数都可与温度相关。
粘塑性 ... RATE 粘塑性选项
g
o
n
1
in g
1
n 1
o
1
1
in
g
n
o
粘塑性 ... RATE 粘塑性选项
• 从前面幻灯片可以看到 RATE 粘塑性模型将等效有效应力和材料的静态屈服应力相联系。
SRino
等效有效应力
应变率强化 [应力比率] (TB,RATE)
S R in
1
in
g
粘塑性 ... 定义 RATE 材料特性
• 最后, 需要输入HILL参数来指定各向异性。 – 下面对话框中需要输入6个应力比率。
粘塑性 ... 定义 RATE 材料特性
• 可以使用的粘塑性和塑性的各种组合见下表: – 注意, 根据选项, 需要不同类型的弹性、塑性和粘塑性的输入项。 – 所有输入的数据也可与温度相关。
粘塑性 A. 粘塑性背景
• 与前述的率无关塑性相反, 率相关塑性与应变速率或时间有关。从材料的观点看, 粘塑性 和蠕变 是相同的。 – 通常, 对工程用途, 蠕变用于描述在恒载荷下应变的变化。通常当温度达到材料熔点的3060%时, 蠕变变形就很重要，而且, 时间更长，蠕变和塑性应变解耦。 – ANSYS 中, Perzyna 和 Peirce 模型(TB,RATE) 意味着高应变率(即冲击)载荷状态，非弹 性应变是不解耦的。 – Anand 模型与 ANSYS 蠕变法则类似, 主要区别是使用了一个内部变量，变形抗力, 来表示 对非弹性材料流动的各向同性抗力。
材料GUI中可以选择所有的粘塑性模型: – Structural > Nonlinear > Inelastic > Rate Dependent > Visco-Plasticity > Isotropic Hardening Plasticity
记住首先定义线弹性材料(EX 和 PRXY)。
否则, 当定义粘塑性时, 材料 GUI将提示该信息。
102s1 103s1
用 Perzyna 模型的例子
粘塑性 ... RATE 粘塑性选项
• 关于RATE模型的一些假设: – RATE 模型需要一个率无关本构模型来定义静态屈服应力。粘塑性响应可以看作是在静态 屈服应力上的一个乘子以得到一个有效应力。率无关模型可以是 BISO, MISO或 NLISO， 各向异性可以由 HILL指定。 – 由非线性应变计算响应: 塑性和粘塑性应变是耦合的。
ANAND
Isotropic
No explicitly defined yield surface. However, includes
evolution equation. No additional rate-independent
plasticity allowed. Inelastic strains are coupled
Strain rate- or time-dependent Isotropic or anisotropic
viscoplasticity (see HILL below) Includes yield surface
Combination with
Possible to combine with
粘塑性 ... 定义 RATE 材料特性
• 本例中选择了双线性等向强化的各向异性粘塑性。 – 在弹出菜单中选择RATE模型(Perzyna 或 Peirce) – 输入RATE常数(指数m和粘度g
粘塑性 ... 定义 RATE 材料特性
• 当输入RATE常数后, 会出现率无关塑性参数对话框。 – 该例中, 输入双线性等向强化模型( BISO)的值, 即屈服应力和剪切模量。
粘塑性 ... 粘塑性理论的背景
• ANSYS中率相关塑性模型的总结:
Behavior Yield Surface
CREEP
Isotropic or anisotropic creep (see HILL below)
No explicitly defined yield surface
RATE 1
need to input temperature-
3 核心单元 = PLANE42, SOdLeIpDen4d5en,t)P2LANE82, SOLID92, SOLID95
dependent material constants
18xE单leSm元uepnp=toTrLytepIdNesK3 180,
Can input temperature-dependent Anand's equation considers material constants, but equations do temperature effects directly. No
2 对隐式蠕变, 温度相c关ons的tan材ts 料can常be数te可mp用erature- not consider temp effects directly
ansys高级非线性分析五粘弹性
粘塑性 本章综述
• 前一章讨论了ANSYS的蠕变选项，本章主要讨论 ANSYS中可用的三种其它粘塑性本构模型。 • 本章包括下列主题:
A. 粘塑性背景 B. RATE 粘塑性选项(Perzyna and Peirce) C. ANAND 粘塑性选项(Anand模型) D. 粘塑性模型的求解过程
0 if f 0 if f 0
粘塑性 ... RATE 粘塑性选项
Perzyna 和 Peirce 模型的推导:
Perzyna 模型
o
1 n
in g
n
in
g
o
1
in g
1
n
1
o
1Hale Waihona Puke Baidu
in
g
1 n
o
Peirce 模型
o
n
1
in g
in
Hardening (TB,NLISO)
粘塑性 ... 练习
请参考附加练习题: • 练习 8: Perzyna 率相关塑性
粘塑性 C. ANAND 粘塑性选项
• Anand 提出的率相关塑性选项有如下特征: – 与率无关模型不同, 没有明显屈服面, 没有使用加载/卸载准则(即没有Bauschinger 效应)。 – 假设在所有非零应力值处发生塑性流动, 虽然在低应力处塑性流动可以忽略。 – Anand模型使用一个称作变形抗力(以“s”表示)的内部标量变量来表示对材料非弹性流动的 各向同性抗力，以 NL,PSV (塑性状态变量)输出， – 假设材料温度大于其熔点温度的一半。 – 非弹性应变的输出为“塑性应变(EPPL)”。注意不可用累加等效塑性应变(NL,EPEQ)。
• 对包括粘塑性(RATE)的模型推荐选择18x系列单元。 – 因为18x单元有大量的单元技术可用(参考该书第二章), 所以这些单元提供更强的灵活性和 能力，这些公式包括 B-Bar, URI, 增强应变和混合 U-P。 – 18x系列也比核心单元支持更多的本构模型, 包括超弹性。
粘塑性 ... 定义 RATE 材料特性
Rate-independent plasticity model is
rate-independent plasticity, which is decoupled with required. Inelastic strains are
plasticity
creep strains
coupled
BISO, MISO, NLISO, BKIN, HILL
BISO, MISO, NLISO, HILL
None
Strain Rates
Suitable for small strain rates
Suitable for large strain rates
Suitable for small strain rates
应力比率 (/o)
3 PERZYNA
2
PEIRCE 1
0
0
1
2
3
4
5
正则化应变率 (’pl/g)
粘塑性 ... RATE支持的单元类型
• 粘塑性RATE材料支持的单元类型: – “核心”单元: PLANE42, SOLID45, PLANE82, SOLID92 和 SOLID95 – “18x” 系列单元: LINK180, SHELL181, PLANE182, PLANE183, SOLID185, SOLID186, SOLID187, BEAM188 和 BEAM189。