AUTODYN Chapter-9 材料模型-课件

9-1ANSYS,

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#002665第九章AUTODYN

材料模型ANSYS

AUTODYNMaterial

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Manual显式动力学(ANSYS)中的材料模型Equation

of

StateStrength

ModelFailure

ModelANSYS,

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#0026659-2AUTODYNMaterial

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ManualAUTODYN

材料模型FailureAUTODYN

材料模型包含三个部分–状态方程(EOS)–强度模型和显式动力学(ANSYS)中的模型一样–

失效模型

EOS

StrengthANSYS,

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#0026659-3Material

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ManualAUTODYN附加材料模型ANSYS,

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#0026659-4Ideal

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正交各向异性实体复合壳高能炸药(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Material

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Manual带能量项的状态方程EOSγ

=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P/ργ

=

C压力换算–减去大气压力Ideal

Gas

状态方程ANSYS,

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#0026659-5Material

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Manual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Two

Phase状态方程流体区域两相区域流体和气体比容气体区域压力ANSYS,

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#0026659-6Material

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ManualSesame

库

Sesame库作为存储状态数据的表格，并不是状态方程包含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ANSYS,

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#0026659-7Material

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Manual考虑积累效应，强度逐步降低•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累积损伤失效模型ANSYS,

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#0026659-8Material

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Manual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 轴11力矩-曲率 轴

11力矩-曲率 轴

22力矩-曲率 轴

33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Beam强化模型ANSYS,

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#0026659-9Material

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ManualCourtesy

of

AWE

(A),

UKBeam强化模型ANSYS,

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#0026659-10例子:比例为1/3

的拉覆试验试验失效载荷:86kN

4KN模拟失效载荷:83kN

5KNMaterial

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ManualCourtesy

Sandia

National

Lab.查看和列表显示破片的形成特性例子:子弹出膛后爆炸破片分析ANSYS,

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#0026659-11Material

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Manual用来定义刚性体显式动力学(ANSYS)中定义刚性体的不同方式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刚性材料ANSYS,

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#0026659-12Material

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Manual可变性弹丸刚性弹丸例子:3D斜侵彻刚性材料ANSYS,

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#0026659-13Material

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Manual例子:金属板成型刚性冲头和模具非结构壳(主四边形)工件冲头工件模具刚性材料ANSYS,

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#0026659-14Material

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ManualAUTODYN

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)正交各向异性弹性刚度矩阵线性体积响应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正交各向异性材料ANSYS,

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#0026659-15Material

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Manual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材料ANSYS,

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#0026659-16Material

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Manual123等价的正交各向异性材料-只显示单个体压层复合材料使用固体单元描述正交各向异性材料或正交各向异性材料ANSYS,

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#0026659-17Material

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ManualS

=

C-1

=C=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正交各向异性材料ANSYS,

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#0026659-18Material

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Manual正交各向异性线弹性响应与非线性状态方程的耦合PolynomialShockPorous正交各向异性材料ANSYS,

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#0026659-19Material

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Manual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屈服函数正交各向异性塑性–使用广义二次屈服面正交各向异性材料ANSYS,

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#0026659-20Material

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Manual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/应变正交各向异性材料ANSYS,

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#0026659-21Material

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Manual正交各向异性失效:损伤模型–模型的失效初始准则(面)正交各向异性材料ANSYS,

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#0026659-22Material

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Manual正交各向异性失效:损伤模型–失效开始后,程序会计算损伤张量用来降低屈服面强度正交各向异性材料ANSYS,

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#0026659-23Material

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ManualKEVLAR®-epoxy材料的静态拉伸实验正交各向异性材料ANSYS,

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#0026659-24Material

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Manual例子:破片碰撞GFRP靶正交各向异性材料ANSYS,

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#0026659-25Material

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Manual层状复合壳–主要用于结构载荷（非冲击载荷）作用下的薄壳结构层状复合壳通过“Fill”功能建模选择Composite

按钮每一层连同法线初始条件被应用到网格层数可以使任意的，可以选择和存储每一层可以使各项同性和正交各向异性–对正交各向异性材料必须指定11

方向每一层有一个厚度每一层能独立查看正交各向异性材料ANSYS,

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#0026659-26Material

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Manual层状复合壳材料模型与标准壳单元协调的材料模型可以用于复合壳单元正交各向异性材料需定义材料方向Tsai-Wu,Hoffman

和Tsai-Hill

失效准则包含压缩和拉伸失效仅体积失效材料方向11

和22

位于壳平面33

为厚度方向材料轴选项I-J-K(推荐)默认11:指标k增加的方向

为11方向绕单元中心的转角22

垂直于11在单元平面X-Y-Z正交各向异性材料ANSYS,

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#0026659-27Material

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Manual例子:鸟撞机翼(机翼使用复合壳)正交各向异性材料ANSYS,

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#0026659-28Material

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Manual爆炸过程时间起爆初始起爆点/平面压缩起爆不推荐不完善的物理过程用点火和增长（ignition

and

growth）模型代替爆炸产物的膨胀(气体)JWL

状态方程(Jones,

Wilkins,Lee)高能炸药ANSYS,

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#0026659-29Material

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ManualInitiation

NodeCellDetonation

FrontsT2T1S1S2T1

= S1/

DT2

= S2/

D时间起爆爆炸发生在点或平面(使用者定义)爆轰波波前以爆速D传播T1

开始燃烧T2结束燃烧化学能从T1

到T2线性释放燃烧分数随时间从0.0

增加到1.0单元变量alpha–=

-T1,

T<T1=燃烧分数,T>T1高能炸药–爆炸过程ANSYS,

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#0026659-30Material

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Manual时间起爆直接起爆起爆时间通过起爆点到单元中心的直线距离来计算间接起爆起爆路径绕过惰性材料的最短有效路径决定直接起爆ANSYS,

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#0026659-31不能用直接起爆高能炸药–爆炸过程Material

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Manual时间起爆间接多点起爆起爆点2是准确计算shadow区域起爆时间的关键ANSYS,

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#0026659-32高能炸药–爆炸过程Material

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Manual直接起爆间接起爆，1个起爆点间接起爆，2个起爆点间接起爆，3个起爆点高能炸药–起爆路径ANSYS,

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#0026659-33Material

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ManualJWL状态方程用来描述炸药爆炸产物(气体)的高速膨胀JWL

状态方程是一个经验公式，所需的数据均来源于数值和物理实验提供了很多常用炸药的数据膨胀气体的压力通过下式计算：–

A,B,R1,R2,

为经验常数，

=密度,

0

=参考密度,

=

/

0,e=比内能log

p高能炸药–爆炸产物的膨胀log

vANSYS,

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#0026659-34Material

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ManualJWL

状态方程输入参数包括状态方程参数爆速单位体积化学能

AUTODYN标准材料库中包含大量的炸药数据压缩比和燃烧前体积模量定义压缩起爆不推荐，默认值为0自动转变为理想气体考虑精度，推荐使用高能炸药–爆炸产物的膨胀ANSYS,

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#0026659-35Material

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ManualwhereQ=附加的比能,a=能量释放常数,m=能量释放指数,n=压力指数JWL

状态方程–Miller

Extension非理想炸药，比如包含有铝(Al)或高锰酸铵(AP)，铝(Al)或高锰酸铵(AP)颗粒燃烧后会释放出更多的能量Miller

extension

模型表达了这种能量释放ANSYS,

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#0026659-36高能炸药–爆炸产物的膨胀Material

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ManualJWL

状态方程-能量释放范围的扩大温压弹可以比传统的炸药释放更多的能量典型的为铝基炸药起爆后会消耗空气中的氧气

JWL

状态方程中附加的能量选项这个随时间变化的能量释放能量在指定的时间间隔内积聚高能炸药–爆炸产物的膨胀ANSYS,

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#0026659-37Material

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ManualJWL

状态方程-能量释放范围的扩大10kgTNT球形装药，在0.12

和0.55

msec之间附加能量2.15MJ/kg得到的结果更长的压力持续时间和更大的压力脉冲ANSYS,

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#0026659-38高能炸药–爆炸产物的膨胀Material

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ManualLee-Tarver

Ignition

&

GrowthModel用于高能炸药(HE)初始状态研究假设点火在局部过热点，并从这些点向外扩张由三个部分组成:惰性炸药状态方程(Shock或JWL)JWL-反应产物的状态方程反应率方程描述燃烧的点火、生长和完成高能炸药ANSYS,

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#0026659-39Material

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Manual0.5

km/s0.7

km/s1.0

km/sLee-Tarver

Ignition

&

Growth

Model–例子:冲击起爆ANSYS,

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#0026659-40高能炸药Material

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ManualPowder

Burning

模型模拟主要物理特征为爆燃的材料的燃烧(纵火器、弹药)两相模型单元内气体和固体同时存在固体相:Linear/Compaction

状态方程气体相:JWL/Exponential燃速,c,和气体压力,Pg相关燃烧率和气体压力,Pg

以及燃烧分数,F有关–公式:A

Atwood,EK

Friis

and

JF

Moxnes,一种带能量粉末材料燃烧的数学模型,34thInternationalAnnual

Conference

of

ICT,June

24-27,2003,Karlsruhe

Federal

Republic

of

Germany慢燃炸药GasSolid

ParticlesNumerical

Cell

ofVolume

VANSYS,

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#0026659-41Material

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ManualPowderBurn模型–例子:枪膛内发射带弹带的弹丸ANSYS,

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#0026659-42慢燃炸药Material

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ManualAUTODYN自带的材料数据的集合通过‘Load’，进入材料库材料可以通过名称,状态方程,强度模型和失效模型分类所有的材料均有EOS,大多数有强度模型，部分有失效模型可以增加和修改材料库中的数据，并且可以自己建立材料库模型选择以后，数据会自动使用当前的单位制材料库ANSYS,

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#0026659-4