ANSYS中材料非线性模型介绍与选择

1、1 .强化应力达到屈服点后，继续加载(如果切线弹模大于0),有塑形 变形，应力升高，然后卸载，这时是弹性的，再加载还是弹性的，直 到应力得到卸载时的应力值才开始新的屈服。这种屈服点升高的现象 称为强化。强化机理：塑性变形对应于微观上的位错运动。在塑性变形过程 中不断产生新的位错，位错的相互作用提高了位错运动的阻力。这在 宏观上表现为材料的强化，在塑性力学中则表现为屈服面的变化。各 种材料的强化规律须通过材料实验资料去认识。利用强化规律得到的 加载而(即强化后的屈服而)可用来导出具体材料的本构方程。强化规律比较复杂，一般用简化的模型近似表示。目前广泛采用 的强化模型是等向强化模型和随动强化模型。

2、2 .等向强化如果材料在一个方向屈服强度提高(强化)在其它方向的屈服强 度也同时提高，这样的材料叫等向强化材料。等向强化模型假设，在 塑性变形过程中，加载面作均匀扩大，即加载面仅决定于一个强化参 量q。如果初始屈服而是#(5)=0,则等向强化的加载面可表为： f(oij)=f*(oij)C(q)=0,式中。ij为应力分量；C(q)是强化参量q的函数。通常q可取为 塑性功或等效塑性应变式中我为塑性应变的增量;式中重复下标表示约定求和。3 .随动强化如果材料在应该方向的屈服点提高，其它方向的屈服应力相应下 降，比如拉伸的屈服强度提高多少，反向的压缩屈服强度就减少多少, 这样的材料叫随动强化材料。随

3、动强化模型假设，在塑性变形过程中，加载面的大小和形状不 变，仅整体地在应力空间中作平动。以aij代表加载面移动矢量的分 量，则加载面可表为：式啊）=#（啊aij）=O,式中可取aij=Ae,A为常数。4 .材料模型选择对于多数实际材料,强化规律大多介于等向强化和随动强化之 间。在加载过程中，如果在应力空间中应力矢量的方向（或各应力分量 的比值）变化不大，则等向强化模型与实际情况较接近。由于这种模 型便于数学处理，所以应用较为广泛。随动强化模型考虑了包辛格效 应，可应用于循环加载和可能反向屈服的问题中。为了简化计算，常常将强化模型作某些简化。例如，在等向强化 模型中，C（q）可进一步假设是塑性功

4、的线性函数或鬲次函数，所得到 的模型分别称为线性强化模型和幕次强化模型。等向强化模型假定材料在塑性变形后，仍保持各向同性的性质， 忽略了由于塑性变形引起的各向异性的影响，因此，只有在变形不大, 以及应力偏量之间的相互改变比例不大时，才能比较符合实际。随动硬化模型中，弹性卸载区间是初始屈服应力的两倍，根据这 种模式，材料总的弹性区间保持不变，但由于拉伸时强化而使压缩屈 服应力的幅值减小，即考虑了包兴格效应。金属材料一般采用等向硬化或随动硬化；而岩土材料，静力问题 一般采用等向硬化，循环荷载与动力问题采用随动硬化或混合硬化。5 . ANSYS提供的典型的非线性材料模型(1)双线性随动强化(BKIN

5、)使用一个双线性来表示应力应变曲线，所以有两个斜率，弹性斜 率和塑性斜率，由于随动强化的Von mises屈服准则被使用，所以包 含有鲍辛格效应，此选项适用于遵守Von Mises屈服准则，初始为各 向同性材料的小应变问题，这包括大多数的金属。需要输入的常数是 屈服应力和切向斜率，可以定义高达六条不同温度下的曲线。注意事项：1 .使用MP命令来定义弹性模量2 .弹性模量也可以是与温度相关的3 .切向斜率Et不可以是负数，也不能大于弹性模量在使用经典的双线性随动强化时，可以分下面三步来定义材料特 性。L定义弹性模量2 .激活双线性随动强化选项3 .使用数据表来定义非线性特性(2)双线性等向强化(

6、BISO)也是使用双线性来表示应力一应变曲线，在此选项中，等向强化 的Von Mises屈服准则被使用，这个选项一般用于初始各向同性材料 的大应变问题。需要输入的常数与BKIN选项相同。(3)多线性随动强化(MKIN)使用多线性来表示应力一应变曲线，模拟随动强化效应，这个选 项使用Von Mises屈服准则，对使用双线性选项(BKIN)不能足够 表示应力一应变曲线的小应变分析很有用。需要的输入包括最多五个应力一应变数据点(用数据表输入)， 可以定义五条不同温度下的曲线。在使用多线性随动强化时，可以使 用与BKIN相同的步骤来定义材料特性，所不同的是在数据表中输入 的常数不同。(4)多线性等向强化(MISO)使用多线性来表示使用Von Mises屈服准则的等向强化的应力一 应变曲线，它适用于比例加载的情况和大应变分析。需要输入最多 100个应力一应变曲线，最多可以定义20条不同温度下的曲线。其材料特性的定义步骤如下：1 .定义弹性模量2 .定义MISO数据表3