ansys-lsdyna材料模型与单元类型

1、ANSYS/LS-DYNA分析单元运用ANSYS/LS-DYNA进行显式动态分析可使用以下单元：LINK160BEAM161PLANE162SHELL163SOLID164COMBI165MASS166LINK167SOLID1681LINK160单元LINK160为3D杆单元，支持杆构件的建模，只能承受轴向载荷，可以使用的材料模型为各向同性弹性及随动塑性模型。BEAM161单元BEAM161为3D梁单元，该单元有两个基本算法:HUGHES-Liu和BelytschkoSchwer,适合于刚体旋转建模。可以使用的材料模型为各向同性弹性、随动塑性、粘塑性、幕函数塑性及分段线性塑性模型。PLANE

2、162单元PLANE162为2D结构单元，也是用于显式动态分析的惟一的2D单元，可以解决平面应力（KEYOPT（3）=0）、平面应变（KEYOPT=2）及轴对称（KEYOPT=1）问题,使用的材料模型包括各向同性弹性、正交各向异性弹性、弹流体、随动塑性、粘塑性、幕函数塑性、应变率敏感幕函数塑性、复合材料损伤、分段线性塑性sJohnson-Cook及Bamman模型。对于平面应力问题，可以使用的材料模型还包括：3参数Barlat塑性、Barlat各向异性塑性、横向各向异性弹塑性和横向各向异性FLD模型；对于平面应变和轴对称问题,可以使用的材料模型还包抵：BlatzKo橡胶、Mooney-Rivi

3、lin橡胶、闭合多孔泡沫、低密度泡沫、可压缩泡沫、Honeycomb、Null、ZerilliArmstrong和Steinberg模型。SHELL163单元SHELL163为3D壳单元，该单元有11种不同的算法，用KEYOPT来定义所选的算法，使用的材料模型包括各向同性弹性、正交各向异性弹性、随动塑性、幕函数塑性、应变率敏感幕函数塑性、复合材料损伤、分段线性塑性、Blatz-Ko橡胶、Mooney-Rivilin橡胶、3参数Barlat塑性、Barlat各向异性塑性、横向各向异性弹塑性、横向各向异性FLDJohnson-Cook及Bamman模型。SOLID164单元SOLID164为3D结

4、构单元，默认值时，它使用单点积分和沙漏控制，以得到较快的单元列式。单点积分的优点是能节省机时和在大变形条件下增加耐用性。如果担心沙漏现象，如泡沫材料等，可釆用多点积分公式，因无需使用沙漏控制，计算结果会更精确，但计算时间会增加3倍。该单元使用的材料模型包括各向同性弹性、正交各向异性弹性、弹流体、各向异性弹性、粘塑性、随动塑性、幕函数塑性、应变率敏感塑性、复合材料损伤、混凝土损伤、热粘弹塑性、温度相关塑性、分段线性塑性、BiazKo橡胶、Mooney-Rivilin橡胶、Barlat各向异性塑性、闭合多孔泡沫、低密度泡沫、粘性泡沫、可压缩泡沫、Zerilli-ArmstrongnSteinber

5、gsHoneycomb、NullJohnson-Cook及Bamman模型。SOLID164楔形和四面体单元是六面体单元的退化产物，在分析计算过程中可能会出现问题，因此应尽量避免使用这些形状的单元。COMBI165单元COMBI165为1D弹簧阻尼单元，仅承受轴向载荷。由于该单元没有质量，因此在分析过程中一般和质量单元MASS166一起使用。该单元使用的材料模型包括线弹性弹簧、线粘性阻尼、弹塑性弹簧、非线性弹性弹簧、非线性粘性阻尼、通用非线性弹簧、Maxwell粘弹性弹簧、单向拉伸或压缩弹簧模型。MASS166单元MASS166为3D质量单元，通常用于模拟一个结构的实际质量特性，并不是把大量实

6、体单元和壳单元包括进去。采用质量单元将减少分析所需要的单元数目，进而减少计算时间，提高计算效率。LINK167单元LINK167为仅能拉伸的杆单元，可以用于模拟索，它与弹簧单元类似，由用户直接输入力与变形的关系式。SOLID168单元SOLID168为3D四面体结构单元，该单元适合于不规则模型的网格划分。该单元使用的材料模型包括各向同性弹性、正交各向异性弹性、弹流体、各向异性弹性、粘塑性、随动塑性、需函数塑性、应变率敏感塑性、复合材料损伤、混凝土损伤、热粘弹塑性、温度相关塑性、分段线性塑性、BlatzKo橡胶、Mooney-Rivilin橡胶、Barlat各向异性塑性、闭合多孔泡沫、低密度泡沫

7、、粘性泡沫、可压缩泡沫、Zerilli-ArmstrongSteinbergHoneycomb、NulRJohnson-Cook及Bamman模型。ANSYS/LS-DYNA分析材料模型ANSYS/LS-DYNA有以下40余种材料模型可供选用：线弹性模型各向同性弹性模型表征弹性材料，使用MP命令输入所需参数：MP,DENS密度MP,EX弹性模量MP,NUXY泊松比正交各向异性弹性模型表征正交各向异性弹性材料，使用MP命令输入所需参数：MP,DENS密度MP,EX弹性模童，EX=EY=EZMP,NUXY泊松比，NUXY=NUXZ=NUYZMP,PRXY泊松比，PRXY=PRXZ=PRYZMP,G

8、XY剪切模量，GXY=GXZ=GYZ需用EDLCS和EDMP,ORTHO命令给定材料坐标系统，对于多层复合壳，用TB,COMPOSITE命令代替，并作为SHELL163单元实常数给定层性质。各向异性弹性模型表征各向异性弹性材料，根据对称性，表征材料的完全弹性矩阵需要21个常数。这种材料模型仅适用于SOLID164和SOLID168单元。C12C22C14C24C16C26C36C46C56C66使用MP和TB,ANEL命令输入所需参数:MP,DENSTB,ANELTBDATA,1,Cll,C12,C22,C13,C23,C33TBDATA,7,C14,C24,C34,C44,C15,C25TB

9、DATA,13,C35,C45,C55,C16,C26,C36TBDATA,19,C46,C56,C66需用EDLCS和EDMP,ORTHO命令给定材料坐标系统。弹性流体模型用于对充满流体的容器承受动力载荷的问题建立材料模型，使用MP和EDMP命令输入所需参数：MP.DENSEDMP,FLUID,MAT,VAL1其中，MAT表示材料参考号，VAL1表示材料体积弹性模量，如果没有输入VAL1值，程序会根据输入的弹性模量和泊松比通过以下公式计算得到材料体积弹性模量：K=E3(12v)非线性弹性模型Blatz-Ko橡胶模型由Blatz和Ko定义的超弹性连续橡胶模型，该模型使用第2类Piola-Kic

10、hoff应力:上式中，G为剪切模量；V为相对体积；u为泊松比；Cij为右柯西格林应变张量。使用MP命令输入密度和剪切模量:MPDENSMP,GXYMooney-Rivilin橡胶模型该模型为不可压缩橡胶材料模型，与ANSYS中的2参数Mooney-Rivilin模型类似，通过输入Go，Coi和u来定义Z应变能密度函数：(1W=Ck)(厶一3)+Co】(/23)+C-1+(厶一1尸其中，C=-+COi；d=Go(5u2)+Coi(115),人，人，厶为右柯西格林应变张量。22(1-2v)使用MP命令和TB,MOONEY命令输入密度、泊松比和Mooney-Rivilin常数：MP,DENSMP.N

11、UXYTB,MOONEYTBDATA,1,CI0TBDATA,1,Coi粘弹性模型由Herrmann和Peterson提出的线粘弹性材料模型，该模型采用偏量特征：內=2匸处-可葺dr上式中，剪切松弛模量为：0=Gg+(Go-Gg)”使用MP命令和TB,EVISC命令输入密度和材料模型参数：MP,DENSTB,EVISCTBDATA,46,GoTBDATA,47,TBDATA,48,KTBDATA,61,1/p非线性弹塑性模型各向同性弹塑性模型密度弹性模量泊松比屈服应力切线模量经典的双线性各向同性硬化模型，用两条不同斜率的线段表征材料的应力应变特性，应力应变特性仅在一种温度下给定。使用MP命令和

12、TB,BISO命令输入材料模型参数：MP,DENSMP,EXMP,NUXYTB,BISOTBDATA,1,cYTBDATA,2,MP.DENS密度双线性随动强化模型经典的双线性各向同性强化模型，用两条不同斜率的线段表征材料的应力应变特性。使用MP命令和TB,BKIN命令输入材料模型参数：MP,DENSMP,EXMP,NUXYTB,BKINTBDATA.1,aYTBDATA,2,密度弹性模量泊松比屈服应力切线模就温度相关双线性等向强化模型经典的双线性等向强化模型，和应变率无关。用两条不同斜率的线段表征材料的应力应变特性，应力应变特性仅在6种温度下给定。使用MP、MPTEMP、TB,BISO及TB

13、TEMP命令输入材料模型参数：MP,DENSMPTEMP,1,TEMPpTEMP2,，TEMPnMPDATA,EX,1,EXj,EX2，EXnlcmpMPDATA,NUXY,1,NUXYpNUXY2,，NUXYnlcmpMPDATA,ALPX,1,ALPXpALPX2,ALPXntcmpTB,BISO,NTEMPTBTEMP,TEMP!TBDATA,1,qyTBDATA,2,TBTEMP,TEMP2TBDATA,TBDATA,密度温度值弹性模量泊松比热膨胀系数热膨胀系数温度点屈服应力切线模量第2个温度点屈服应力切线模量TBTEMP,TEMPnTBDATA,1,OyTBDATA,2,第n个温度点

14、屈服应力切线模量动塑性模型与应变率相关、带失效的随动硬化或各向同性材料模型，应力应变关系如下:（A1+三c）（To+0Ep即）上式中，6）为初始屈服应力；C为应变率；C,P为CowperSymonds应变率参数；谓为有效塑性应变；Ep=Elan/（-lan）.为塑性硬化模量；0为硬化参数（0=0仅随动硬化，0=1仅各向同性硬化）；应力应变特性只能在一种温度下给定。使用MP命令和TB,PLAW,1命令输入材料模型参数:MP,EX弹性模量MP,NUXY泊松比TB,PLAW,1TBDATA,1,Oy屈服应力TBDATA,2,切线模量TBDATA,3,P硬化参数TBDATA,4,C应变率参数TBDAT

15、A,5,P应变率参数TBDATA,6,ef失效应变幕函数塑性模型与应变率相关的各向同性硬化弹塑性材料模型，应力应变关系如下：中卩（Ty=14-K（&+筲）上式中，C为应变率；C,P为CowperSymonds应变率参数；氏为弹性应变；谓为有效塑性应变；K为强度系数；71为硬化系数；应力应变特性只能在一种温度下给定。使用MP命令和TB,PLAW,2命令输入材料模型参数MP,DENS密度MP,EX弹性模量MP,NUXY泊松比TB,PLAW,2TBDATA,1,K强度系数TBDATA,2,n硬化系数TBDATA,3,C应变率参数TBDATA,4,P应变率参数3参数Barlat塑性模型由Barlat和

16、Lian建立的各向异性塑性模型，用于平面应力状态下的铝制薄板模型，该模型使用了指数和线性硬化法则。平面应力条件下的各向异性屈服准则定义为：2a?=a|Ki+创+a|Ki-+c2K2m上式中，by为屈服应力；a和c为各向异性材料常数；m为Barlat指数；K】和心定义为：Ki=axx+hayy/2其中力和P为附加的各向异性材料常数。对于指数硬化选项，材料的屈服应力定义为：CTY=K（o+p）”其中K为强度系数；0为初始屈服应变；S为塑性应变；n为硬化系数。所有的各向异性材料参数，除P隐含定义外，都由Barlat和Lian定义的宽厚应变比R决定：I+Roo1+R90Rqo1+Rqq+/?9QRoo

17、对于任意角0的宽厚应变比可由下式计算:心=130/+d（p/dayy瓯上式中，中为0方向的单轴拉伸应力。该模型的应力应变特性只能在一种温度下给定。使用MP命令和TB,PLAW,3命令输入材料模型参数：MP,DENS密度MP,EX弹性模量MP,NUXY泊松比TB,PLAW,3TBDATA,1,HR硬化准则类型，1为线性，2为指数型TBDATA,2,或K切线模量或强度系数TBDATA,3,0丫或n屈服应力或硬化系数TBDATA,4,mBarlat指数TBDATA,5,RooTBDATA,6,R45TBDATA,7,TBDATA,8.CSID定义正交各向异性材料轴CSID有2个有效值：0（默认值）或

18、2。如果CSID=O,局部坐标系由单元节点I,J,L定义；如果CSID=2,材料轴由EDLCS命令给定的局部坐标系确定。应变率敏感幕函数塑性模型该模型主要用于超塑性成型分析，应力应变关系遵循Ramburg-Osgood本构关系：密度弹性模量泊松比材料常数硬化系数应变率系数上式中，C为应变率；K为材料常数；m为硬化系数；n为应变率敏感系数。该模型的应力应变特性只能在一种温度下给定。使用MP命令和TB,PLAW,4命令输入材料模型参数：MP,DENSMP,EXMP,NUXYTB,PLAW,4TBDATA,1,KTBDATA,2,mTBDATA,3,nTBDATA,4,初始应变率应变率相关塑性模型该

19、模型主要用于金属塑性成型分析，在模型中，用1条加载曲线定义初始屈服强度与有效应变率之间的函数关系，应力应变关系如下：CTy=T0E，+hpr上式中，6）为初始屈服强度；C为有效应变率；筲为有效塑性应变：Eh=EanE/（E-E韵,为塑性硬化模量。该模型的应力应变特性只能在一种温度下给定。使用MP命令和TB,PLAW,5命令输入材料模型参数：MP.DENSMP,EX密度弹性模址泊松比TB,PLAW,5TBDATA.1,LCID1TBDATA,2,TBDATA.3,LCID2TBDATA,4,LCID3TBDATA,5,LCID4TBDATA,6,MnTime载荷曲线号切线模量载荷曲线号载荷曲线号

20、载荷曲线号单元删除的最小时间步长，仅用于壳单元MP,NUXYBarlat各向异性塑性模型由Barlat、Lege和Brem建立的各向异性塑性模型，主要用于金属成型分析，各向异性屈服函数定义为：0=|S1+S2+|$2-+角一sf上式中，加为流动指数；Si为对称矩阵Sij的主值：Sxx=c（Txx（Tyy）（CFzz_7口）Syy=-（y）Sz?=一6a）_a（o划一CFn）Syz=fOyzSxy=向xy上式中，a,b,c,f,g,h为各向异性材料常数，当a=b=c=f=g=h=l时，材料为各向同性。m=l时屈服面简化为Tresca屈服面，m=2或4时简化为VonMises屈服面。对于该材料选项

21、，屈服强度为：6=K（P+o）1+其中，K为强度系数；曰为塑性应变；0为初始屈服应变；刀为硬化系数。该模型的应力应变特性只能在一种温度下给定。使用MP命令和TB,PLAW,6命令输入材料模型参数：MP,DENSMP,EXMP,NUXY密度泊松比TB,PLAW,6TBDATA,1,K强度系数TBDATA,2,3初始应变TBDATA,3,n硬化系数TBDATA,4,m流动指数TBDATA,5,aTBDATA,6,bTBDATA,7,cTBDATA,8,fTBDATA,9,gTBDATA,10,h横向各向异性弹塑性模型只供壳单元使用的全迭代正交各向异性塑性模型。在该模型中由Hill给出的屈服函数在平

22、面应力情况下可简化为：、or2R4+12F(5,LCID2FLD载荷曲线号修正的分段线性塑性模型该模型为多线性弹塑性材料模型，可以定义应力应变曲线。该模型和分段线性塑性模型类似，区别之处在于该模型提供了一种增强的失效准则。修正的分段线性塑性模型和分段线性塑性模型类似，可以通过以下3种方法之一考虑应变率效应：输入Cower-Symonds应变率参数C和P；输入描述屈服应力和应变关系的曲线；定义不同应变率条件下的应力应变曲线。使用MP命令和TB,PLAW,11命令输入材料模型参数：MP,DENS-密度MP.EX-弹性模量MP,NUXY-泊松比TB,PLAW,11TBDATA,1,aY-屈服应力TB

23、DATA,2,粘-切线模量TBDATA,3,环-失效的有效塑性应变TBDATA,4,C-应变率参数TBDATA,5,P-应变率参数TBDATA,6,LCID1-有效真应力和有效塑性应变的载荷曲线号TBDATA,7,LCID2-有关应变率的比例因子载荷曲线号TBDATA,8,EPSTHIN-失效的稀疏塑性应变TBDATA,9,EPSMAJ-失效的主平面应变TBDATA,10,NUMINT-厚度方向的积分点数TBDATA,11,Ratel-应变率1TBDATA,12,LCID3-应力和有效塑性应变曲线号TBDATA,13,Rate2-应变率2TBDATA,14,LCID4-应力和有效塑性应变曲线号

24、TBDATA,29,Rate10-应变率10TBDATA,30,LCID12-应力和有效塑性应变曲线号提示：如果采用载荷曲线LCID1,则用TBDATA命令输入的屈服应力和切线模量将被弃用。如果采用载荷曲线LCID2,则用TBDATA命令输入的应变率参数C和P将被弃用。仅考虑真应力和正应变数据。如果C、.P、LCID2及Ratel都为0,则应变率相关特性将被忽略。热粘弹塑性模型该模型用于表征考虑热效应的粘弹塑性材料，单轴应力应变曲线具备以下特征：oeffeff)=Co+Q&(l-exp(-Cr,E)+Qr2(1-exp(-Cf2)+Gx,(l-exp(-CX|e)+Q“(l-exp(-CX2)

25、+Vf常使用MP命令和TB,PLAW,12命令输入材料模型参数:MP.DENS密度MP,EX弹性模量MP,NUXY泊松比MP,ALPX热膨胀系数TB,PLAW,12TBDATA,1,G0初始屈服应力TBDATA,2,Qrl各向同性硬化参数TBDATA,3,Crl各向同性硬化参数TBDATA,4,各向同性硬化参数TBDATA,5,各向同性硬化参数TBDATA,6,QxI随动硬化参数TBDATA,7,Cxi随动硬化参数TBDATA,8,Qx2随动硬化参数TBDATA,9,Cx2随动硬化参数TBDATA,10,Vk粘性参数TBDATA,11,Vm粘性参数TBDATA,12,LCID1真应力和有效塑性

26、应变的载荷曲线号TBDATA,13,LCID2弹性模塑和温度的载荷曲线号TBDATA,14,LCID3泊松比和温度的载荷曲线号TBDATA,15,LCID4初始屈服应力和温度的载荷曲线号TBDATA,16,LCID5各向同性硬化参数比例因子和温度的载荷曲线号TBDATA,17,LCID6热膨胀系数和温度的载荷曲线号提示：如果采用载荷曲线LCID1,则用TBDATA命令输入的各向同性硬化参数和随动硬化参数将被弃用。如果采用载荷曲线LCID4,则用TBDATA命令输入的初始屈服应力将被弃用。复合材料损伤模型由Chang建立的带损伤的复合材料模型，使用MP命令和TB,COMP命令输入材料模型参数：M

27、P,MP,MP,DENSEXEY密度弹性模量MP,EZ弹性模量MP,NUXY.泊松比MP,NUXZ泊松比MP,NUYZ泊松比MP,GXY剪切模量MP,GXZ剪切模址MP,GYZ剪切模量TB,COMPTBDATA,1,KFALLTBDATA,2,S12TBDATA,3,SITBDATA,4,S2TBDATA,5,C2TBDATA,6,a压缩失效材料的体积模量剪切强度纵向拉伸强度横向拉伸强度横向压缩强度非线性剪应力参数混凝土损伤模型该模型用于模拟钢筋混凝土承受冲击载荷的响应，使用MP命令和TB,CONCR,2命令输入材料模型参数：MP,DENSMP,EXMP,NUXYTB,CONCR,2TBDAT

28、A,1,OfTBDATA,2,ATBDATA,3,A】TBDATA,4,A2TBDATA,5,AoyTBDATA,6,AyTBDATA,7,A2YTBDATA,8,A|fTBDATA,9,A2FTBDATA,10,BjTBDATA,11,b2TBDATA,12,B3TBDATA,13,PERTBDATA,14,E,.TBDATA,15,NUXYrTBDATA,16,ayTBDATA,17,E(anTBDATA,18,LCPTBDATA,19,LCRTBDATA,20-32,TBDATA,33-45T|-T|j3TBDATA,46,GAMATBDATA,47,EoTBDATA,48,VoTBDA

29、1A49-58Gvi-CvioTBDATA,59-68,CrC|0TBDATA,69-78,TrTI0密度弹性模量泊松比最大失效主应力结合系数压力硬化系数压力硬化系数屈服时的结合系数屈服极限的压力硬化系数屈服极限的压力硬化系数失效材料的压力硬化系数失效材料的压力硬化系数损伤比例因子单轴损伤比例因子三轴损伤比例因子增强材料百分比增强材料的弹性模址增强材料的泊松比初始屈服强度切线模量基体材料的应变率敏感载荷曲线号增强材料的应变率敏感载荷曲线号损伤函数、比例因子温度常数初始内能初始相对体积体积应变值Evi点的体积压力值vi点的温度值和压力相关的塑性模型流体动压弹塑性模型该模型用于描述承受大应变的材料

30、，其塑性彳丁为可以通过一系列的数据点或屈服应力和切线模量来表示。如果没有定义有效塑性真应变和有效应力，屈服应力可通过下式计算:(7丫=(y0+Ehsp其中塑性硬化模量耳=丄旦。E_Ei如果定义了有效塑性真应变和有效应力，应力应变行为将遵循有效真应力和塑性应变曲线上的数据点来确定。可以定义多达16组的数据点，如果程序计算出来的应变值超过输入的最大应变值，程序将使用线性外推法，但是给定的应变值应覆盖程序分析计算过程中出现的所有应变。使用MP命令和TB,PLAW,9命令输入材料模型参数：MP,DENS密度MP,EX-弹性模鈕MP,GXY-剪切模量TB,PLAW,9TBDATA,1,a0-初始屈服应力

31、TBDATA,2,Eh-硬化模量TBDATA,3,PC-压力截止值TBDATA,4,习失效应变TBDATA,5-20|-|6有效应变值TBDATA,21-36O1-O15有效应力值TBDATA,37,Co-线性多项式状态方程系数TBDATA,38,C|线性多项式状态方程系数TBDATA,39,C2线性多项式状态方程系数TBDATA,40,C3线性多项式状态方程系数TBDATA,41,C4线性多项式状态方程系数TBDATA,42,C5线性多项式状态方程系数TBDATA,43,C6线性多项式状态方程系数TBDATA,44,&初始内能TBDATA,45,Vo初始相对体积地质帽模型该模型为无延性的材料

32、模型，用于解决地质问题或描述诸如混凝土类型的材料。使用MP命令和TB,GCAP命令输入材料模型参数：MP,DENS密度MP,GXY剪切模量TB,GCAP体积模量TBDATA,1,KTBDATA,2,a失效参数TBDATA,3,6失效线性系数TBDATA,4,丫失效指数系数TBDATA,5,P失效指数TBDATA,6,R帽表面轴比率TBDATA,7,D硬化幕指数TBDATA,8,W硬化幕指数TBDATA,9,Xo硬化幕指数TBDATA,10,C随动硬化系数TBDATA,11,N随动硬化参数TBDATA,12iFtype公式标记，1为土壤或混凝土，2为岩石TBDATA,13,Toff拉伸应力截止值

33、5泡沬模型闭合多孔泡沫模型刚性，闭合多孔，低密度聚胺酯泡沫材料模型，通常用于汽车设计的撞击限制器模型,该材料模型与honeycomb模型很相像，在体积压缩完成之前，所有应力张量分量都不耦合,然而与honeycomb模型不同的是，闭合多孔泡沫模型是各向同性的，考虑到受约束的空气压力效应，材料模型中应力定义为：6j=of+5ijZ?)y/(l+y-0)上式中，(Tij为轮廓应力；Po为初始泡沫压力；0为泡沫与聚合物的密度比例；了为体积应变：y=V-1+yo其中，V为相对体积；沟为初始体积应变。该模型的应力应变特性只能在一种温度下给定。使用MP命令和TB,FOAM,1命令输入材料模型参数：MP,DE

34、NS密度MP,EX弹性模量TB,FOAM,1TBDATA,1,a屈服应力常数TBDATA,2,b屈服应力常数TBDATA,3,c屈服应力常数TBDATA,4,Po初始泡沫压力TBDATA,5,0泡沫与聚合物密度比例TBDATA,6,y0初始体积应变低密度泡沫模型高度可压缩泡沫模型，通常用于衬垫材料，如椅子坐垫等。在压缩过程中，伴随着可能的能量耗散的滞后卸载特性。拉伸过程中，撕裂发生前为线性。对于单轴加载，模型假设在横向方向无耦合。该模型的应力应变特性只能在一种温度下给定c使用MP命令和TB,FOAM,2命令输入材料模型参数：MP,DENS密度MP,EX弹性模量TB.FOAM,2TBDATA,1

35、,LCID应力应变曲线号TBDATA,2,TC拉伸截止应力值，默认值为1E20TBDATA,3,HU滞后卸载因子TBDATA,4,p延迟系数TBDATA,5,DAMP粘性系数，建议值在0.05-0.5之间TBDATA,6,SHAPE形状卸载因子TBDATA,7,FAIL到达截止应力时的失效选择TBDATA,8,BVFLAG体积粘性作用标志提示：HU的取值范围为0.0（全部能量耗散）到1.0（没有能量耗散）之间；FAIL值为0.0表示拉伸应力保持截止值，为1.0表示拉伸应力值0；BVFLAG=0.0,表示无体积粘性，BVFLAG=1.0,表示体积粘性作用。粘性泡沫模型该模型描述一种能吸收能量的泡

36、沫材料并可用于压碎模拟模型，此模型由非线性弹性刚度和粘性阻尼并行构成。在粘性吸收能量的同时使用弹性刚度限制整体压碎。弹性刚度F和初始粘性系数V都是相对体积V的非线性函数：V=V2|l-V|n2该模型的应力应变特性只能在一种温度下给定。使用MP命令和TB,FOAM,3命令输入材料模型参数：MP,DENS密度MP,EXMP,NUXY弹性模量泊松比TB,FOAM,3TBDATA,1,m弹性刚度幕指数TBDATA,2,V2初始粘性系数TBDATA,3,Ej初始弹性刚度TBDATA,4,n2粘性系数算指数可压碎泡沫模型该模型适用于周边受碰撞的可压缩泡沫，它与应变率相关，并且在单向压碎时泊松比为0。在该算

37、法中，弹性模量为常数且应力为弹性效应：略】=o-y+Eeg+a5Arn+0-5使用MP命令和TB,FOAM,4命令输入材料模型参数：密度弹性模量泊松比应力体应变载荷曲线号拉伸应力截止值粘性系数，建议值在0.050.5之间0=maxminMP,DENSMP,EXMP,NUXYTB,FOAM,4TBDATA,1,LCIDTBDATA,2,TCTBDATA,4,DAMPHoneycomb模型用于honeycomb材料的正交各向异性材料模型。在压缩之前。该模型的特性为正交各向异性的，应力张量的分量不发生耦合，弹性模量与相对体积的关系如下：Eaa=Eaau+卩(E_Eaau)Ebb=Ebbu+卩(E_E

38、bbu)Ecc=Eccu+0(E-Eccu)Gab=Gabu+0(G-Gabu)Ebe=Ebcu+P(E-Ebcu)Eca=Eau+卩(EEcau)F上式中，G=,为全压缩honeycomb材料的弹性剪切模量；2(1+v)使用MP命令和TB,HONEY命令输入材料模型参数:MP,DENS密度MP,EX弹性模量MP,NUXY泊松比TB,HONEYTBDATA,1,Oy兀全压缩honeycomb材料的屈服应力TBDATA,2,Vf完全压缩honeycomb材料的相对体积TBDATA,3,u材料粘性系数TBDATA,4,EMU无压缩时aa方向弹性模量TBDATA,5,Ebbu无压缩时bb方向弹性模量

39、TBDATA6,Eccu无压缩时CC方向弹性模量TBDATA,7,Gabu无压缩时ab方向剪切模量TBDATA,8,Gcbu无压缩时cb方向剪切模量TBDATA,9,Gcau无压缩时ca方向剪切模量TBDATA,10,LCAaa方向应力与相对体积或体应变曲线号TBDATA,11,LCBbb方向应力与相对体积或体应变曲线号TBDATA,12,LCCCC方向应力与相对体积或体应变曲线号TBDATA,13,LCS剪切屈服应力与相对体积或体应变曲线号TBDATA,14,LCABab方向应力与相对体积或体应变曲线号TBDATA,15,LCBCTBDATA,16,LCCATBDATA,17,LCRSbe方

40、向应力与相对体积或体应变曲线号ca方向应力与相对体积或体应变曲线号廊变率效应载荷曲线号需要状态方程模型Bamman塑性模型密度弹性模量泊松比初始温度热生成系数流动应力系数内部状态方程变量该模型适用于金属成型过程模拟，它和应变率及温度相关。该模型内部由于定义了状态方程变量，因此不需要附加的状态方程。使用MP命令和TB,EOS,4命令输入材料模型参数：MP,DENSMP,EXMP,NUXYTB,EOS,4TBDATA,1,TjTBDATA,2,HCTBDATA,3-20,CrC18TBDATA,21-26,ArA6Johnson-Cook塑性模型该模型也称为粘塑性模型，是一个和应变率及温度相关的绝

41、热（忽略热传导）的塑性模型。该模型适合于应变率变化幅度较大、由于材料热软化效应导致温度变化的工程问题的求解。该模型适合于壳单元和实体单元，对于实体单元需要定义状态方程。应力应变关系可表示为：orY=(A+BEpn)(l+ClnE*)(l-T*m)其中，A,B,C,n,m为材料参数；臣p为有效塑性应变；fprp*7*Aoom=;T=Comeltroom断裂失效应变为：f=D+D2expD3o-*l+D4lnc*l+D5T*J当断裂参数D=y=i时，材料发生断裂。f使用MP命令和TB,EOS,1命令输入材料模型参数：MP,DENS密度MP,EXMP,NUXY弹性模量泊松比TB,EOS,1,EOSO

42、PTTBDATA,1,A材料参数TBDATA,2,B材料参数TBDATA,3,n应变硬化指数TBDATA,4,C材料参数TBDATA,5,m温度指数TBDATA,6,Tmelt熔化温度TBDATA,7,%室内温度TBDATA,8,E有效塑性应变率TBDATA,9,Cp比热TBDATA,10,Pc压力截止值TBDATA,11,D,失效应变系数TBDATA,12,d2失效应变系数TBDATA13,d3失效应变系数TBDATA,14,d4失效应变系数TBDATA,15,d5失效应变系数通过设置EOSOPT可选择3种类型的状态方程,分别为多项式(EOSOPT=1).Gruneisen(EOSOPT=1

43、)和列表式状态方程。Zerilli-Armstrong模型该模型用于模拟材料成型及高速碰撞过程，和应变率及温度相关。该模型必须定义状态方程。Zerilli-Armstrong模型采用以下形式表达屈服应力：对于FCC结构金属材料：=C+C2(p严M+C5(3|+血卩+尽厂)对于BCC结构金属材料：(Ty=C+C2*YeG吨+C5(p)“+C6(3i+32卩+33严)比热和温度之间的关系定义如下：Cp=Gi+G2T4-G3T2+G4T3使用MP命令和TB,EOS,3命令输入材料模型参数MP,DENSMP,EX密度弹性模量MP,NUXY泊松比TB,EOS,3,EOSOPTTBDATA,1,Eo初始应

44、变TBDATA,2,nBCC结构金属应变指数TBDATA,3,丁如室内温度TBDATA,4,Pc压力截止值TBDATA,5,SPALL破碎类型TBDATA,6-11,CrC6流动应力系数TBDATA,12,q失效应变TBDATA,13-15,BrB3温度系数TBDATA,16-19,GrG4比热容系数提示：在TBDATA,5,SPALL选项中，SPALL=1.0时使用最小压力极限；SPALL=2.0时使用最大主应力；SPALL=3.0时使用最小压力截止值。MP,DENSMP,EXMP,NUXYTB,EOS,5,EOSOPTTBDATA,1，5)TBDATA,2,pTBDATA,3,nTBDAT

45、A,4,EiTBDATA,5OmTBDATA,6,bTBDATA,7,bTBDATA,8,hTBDATA,9,fTBDATA,10,ATBDATA,11，TmTBDATA,12,YoTBDATA,13,aTBDATA,14,PcTBDATA,15,SPALLTBDATA,16,FLAGTBDATA,17,MMNTBDATA,18,MMXTBDATA,19-28,EC0-EC9Steinberg模型该模型用于描述具有高应变率效应的带有失效的材料，适合于实体单元。屈服强度是温度和压力的函数。该模型必须定义状态方程。Steinberg模型最初用于处理材料在高应变率(lOV1)条件下的响应问题，在该模

46、型中,剪切模量和屈服强度都随压力的增加而增大，随温度的升高而减小，当温度达到材料的熔点时，二者都等于0。剪切模量和屈服强度的表达式如下：G=Go1+切0门一/一300一尼扯丘3RfcrY=0,所有单元采用相同的时间步长，质量缩放施加到全部单元上；DTMSVO,质量缩放施加到时间步长小于DTMS值的单元上。沙漏尽管ANSYS/LS-DYNA程序中使用的单个积分点实体单元和壳单元在大变形中很可靠，并能节约大量机时，但它们容易形成零能模式，即沙漏模式，并导致沙漏变形（沙漏变形没有刚度并产生锯齿形外形），分析中沙漏变形的出现将导致结果错误，应尽量避免。ANSYS/LS-DYNA程序提供了控制沙漏的方法

47、：增加低抗沙漏模态的刚度，而不抵抗刚体运动和线性变形：阻尼在沙漏模态方向的速度；建立合理的有限元模型，尽量使用均匀的网格并避免在单点上施加集中载荷：增加模型的体积粘性；采用多点积分算法的SHELL163和SOLID164单元。刚性体用刚性体定义有限元模型中的刚硬部分可以大幅度减少显式分析的时间，这是由于定义一个刚性体后，刚性体内所有节点的自由度都将耦合到刚性体的质量中心上，因此，不论定义了多少节点，刚性体仅有6个自由度。每个刚性体的质量、质心、惯性由刚性体体积和单元密度计算得到。作用在刚性体上的力和力矩由每个时间步长的节点力和力矩合成，然后计算刚性体的运动，再转换到节点位移。ANSYS/LS-

48、DYNA程序釆用EDMP命令来定义刚体，具体形式如下：Command：EDMP,RIGID,MAT,VAL1,VAL2其中，MAT为材料参考号，VAL1为平移约束参数：0表示无约束；1表示约束X方向平移；2表示约束Y方向平移；3表示约束Z方向平移；4表示约束X和Y方向平移；5表示约束Y和Z方向平移；6表示约束Z和X方向平移；7表示约束X、Y、Z方向平移。VAL2为旋转约束参数：0表示无约束；1表示约束X方向旋转；2表示约束Y方向旋转；3表示约束Z方向旋转；4表示约束X和Y方向旋转；5表示约束Y和Z方向旋转；6表示约束Z和X方向旋转；7表示约束X、Y、Z方向旋转。ANSYS/LS-DYNA分析基

49、本步骤显式动态分析求解过程与ANSYS中其他分析求解过程类似，主要有以下3步：建立有限元模型加载求解后处理建立有限元模型建立有限元模型包括以下5个步骤：定义单元类型和实常数定义材料参数创建几何模型进行网格划分定义接触表面1）定义单元类型和实常数ANSYS/LS-DYNA的单元类型已在第3节作了介绍，选定单元类型之后，采用以下命令定义：Command：ETGUI：MainMenu|Preprocessor|ElementType|Add/Edit/Delete2）定义材料参数ANSYS/LS-DYNA的材料模型已在第4节作了介绍，选定材料模型之后，采用以下命令定义：Command：MPGUI：M

50、ainMenu|Preprocessor|MaterialProps|MaterialModelsCommand:TBGUI：MainMenu|PreprocessorIMaterialProps|MaterialModelsCommand：TBDATAGUI：MainMenuIPreprocessorIMaterialProps|MaterialModelsCommand：EDMPGUI：MainMenuIPreprocessor|MaterialProps|HourglassCtrls|LocalCommand：EDMPGUI：MainMenu|Preprocessor|LS-DYNAOp

51、tions|LoadingOptionsICurveOptionsIAddCurve3）创建几何模型ANSYS/LS-DYNA创建几何模型的过程和ANSYS类似，可参阅相关章节内容。4）进行网格划分ANSYS/LSDYNA网格划分过程和ANSYS类似，可参阅相关章节内容，但应注意以下问题：尽量避免退化的壳体或实体单元；单元的大小尽量均匀；尽量不要使用SmartSizing方法进行单元控制，应使用ESIZE及相关命令控制单元大小；尽量避免可能产生沙漏的坏单元形状。5）定义接触表面ANSYS/LS-DYNA程序定义接触包括以下4个步骤：确定接触类型Command：EDCGEN定义接触面Comman

52、d：CM；EDCGEN定义摩擦系数Command:EDCGEN定义附加数据Command:EDCGEN；EDCONTACT加载求解分下面几个问题来讨论ANSYS/LS-DYNA的加载求解特性：加载选项设置约束与初始条件求解特性1）加载选项设置与许多隐式分析不同，显式分析中的所有载荷都和时间相关。因此，在ANSYS/LS-DYNA中，许多标准的ANSYS命令都将无效，比如F、BF、SF系列命令，因为它们只能定义与时间无关的载荷。此外，D命令只能定义节点约束。基于以上原因，ANSYS/LS-DYNA一般用一组数组参数定义载荷。运用ANSYS/LS-DYNA程序进行显式分析，给模型施加载荷需遵循以下

53、步骤：把模型中承载部分定义成Component或PART除刚性体加载外，显式分析中所有载荷都施加到Component,因此，加载的第1步就是把模型中承载的部分组合为Component,每个Component应是模型中的一部分组成，它们承受共同载荷。对于刚性体，载荷一般施加到PART号上，而不是Component上，这是因为PART中包含有一系列的节点和单元。定义包含时间间隔和载荷数值的数组参数在显式动态分析过程中，载荷是在一些特定时间间隔上施加到结构上的，因此，加载时不仅需要定义载荷类型，同时需要定义载荷施加到结构上的时间间隔。时间间隔值以及相对应的载荷值集合在一起定义为数组参数。数组参数的定

54、义方法如下：Command：*DIMGUI：UtilityMenuIParametersIArrayParameters|Define/EditMainMenu|Preprocessor|LS-DYNAOptions|LoadingOptions|SmoothDataMainMenuIPreprocessor|LS-DYNAOptionsIInertiaOptions|DefineInertia定义载荷曲线在显式动态分析中，有时需要用数据曲线来定义材料的本构模型，定义材料数据曲线方法如下：Command：EDCURVE定义数据曲线；GUI：MainMenu|PreprocessorILS-DY

55、NAOptionsILoadingOptions|CurveOptionsIAddCurve，MainMenu|Preprocessor|LS-DYNAOptionsILoadingOptionsICurveOptions|ListCurveMainMenuIPreprocessor|LS-DYNAOptions|LoadingOptions|CurveOptions|PlotCurve模型加载在显式动态分析中，给模型加载方法如下：Command：EDLOADGUI：MainMenuIPreprocessor|LS-DYNAOptions|LoadingOptionsISpecifyLoads

56、MainMenu|SolutionILoadingOptions|SpecifyLoads2）约束与初始条件ANSYS/LS-DYNA区分零约束和非零约束，非零约束需按照施加载荷过程处理，仅零约束才能使用D命令，而D命令中给定的位移值必须为0,其他数值无效。D命令仅用于固定模型的某些部分，可以用零约束来实现对称和反对称约束。初始速度通过以下命令定义：Command：EDVELGUI：MainMenuIPreprocessorILS-DYNAOptions|InitialVelocity|OnNodes|w/AxialRotateMainMenu|PreprocessorILS-DYNAOpti

57、onsIInitialVelocity|OnNodes|w/NodalRotateMainMenuISolution|InitialVelocityIOnNodes|w/AxialRotateMainMenu|Solution|InitialVelocity|OnNodes|w/NodalRotate如果模型中没有定义初始速度，则该模型中所有节点的初始速度都为0o3）求解特性模型建立完成之后，即可进行求解：Command:SOLVEGUI：MainMennISolutionISolve|CurrentLS执行上述命令后，ANSYS/LS-DYNA程序将运行以下几步：将全部信息写入到结果文件jo

58、bname.RST和jobname.HIS中；将全部信息写入到LS-DYNA程序的输入文件jobname.K；控制权由ANSYS程序转移给LS-DYNA程序,LS-DYNA求解器运行结果写入到结果文件jobname.RST和jobname.HIS中。如果在求解之前程序执行了EDOPT,ADD,BOTH命令，则求解结果也将被写入到LS-TAURUS后处理程序的结果文件d3plot和d3thdt0在LS-DYNA程序求解过程中，用户可以中断求解进程并检查求解状态，操作方式是在操作窗口键入CTRL-C（同时按下键盘上的Ctrl键和C键），此时LS-DYNA将暂时停止运行，用户可以键入以下4个开关之一：SW1：ANSYS/LSDYNA终止，并记录一个重启动文件：SW2：将显示ANSYS/LS-DYNA的时间和循环次数，程序继续运行：SW3：ANSYS/LS-DYNA记录一个重启动文件，并继续运行：SW4：ANSYS/LS-DYNA记录一个结果数据组，并继续运行。在操作窗口中最初预计的CPU计算时间往往是不准确的，可以使用开关SW2来得到一个运行时间和循环次数的较好估计值。ANSYS/