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01-材料本构模型介绍

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    有限元法(Finite ElementMethod, FEM)是一种求解偏微分方程边值问题近似解的数值技术。这种数值分析方法采用数学近似的方法对真实物理系统进行模拟,利用简单而又相互作用的单元,就可以用有限的未知量逼近无限未知量的真实系统。


    有限元分析作为一种提升产品质量、缩短设计周期、提高产品竞争力的手段,得到了越来越广泛的应用,已经成为解决复杂工程分析计算问题的有效途径,使机械制造、材料加工、航空航天、汽车、土木建筑、电子电器、国防军工、船舶、铁道、石化、能源等诸多领域的设计水平发生了质的飞跃。


航空领域


    有限元分析过程包括定义问题的几何区域、定义单元、获取并定义材料模型参数、网格划分、定义边界条件、定义载荷、总装求解和后处理等;其中材料参数的获取是有限元分析的一个重要环书,材料表征不准确带来的误差远大于计算方法产生的误差,然而没有一种材料本构模型和状态方程能够完全真实地描述材料在各种应力(或压力)工况下的力学特性,为此发展了多种材料本构模型和状态方程。


有限元分析过程


   有限元软件LS-DYNA提供了包括金属、非金属模型在内的近300种材料模型和16种状态方程,几乎囊括了描述所有种类材料力学性能的数学理论表达。鉴于材料模型及其参数对计算结果的准确性影响很大,数值计算人员应该选用与实际材料所处应力(或压力)、应变率、温度状态一致的材料模型,并定义合适的材料参数。


LS-DYNA中常用材料本构模型介绍:

    固体材料受到外力后首先发生弹性形变,超过弹性极限或屈服强度后,进入屈服阶段发生塑性变形,卸载后弹性变形完全恢复,塑性变形则被保留下来。


    材料的本构模型用来描述材料状态变量(如应力、应变、温度)及时间之间的相互关系,主要是应力与应变之间的关系,应用于材料强度效应(即其对剪切力的抵抗力)不能被忽略、特别是占主导地位的场合。


    数值计算软件中通常都包含多种材料本构模型,以IS-DYNA软件为例,包含了近300 种材料模型,如弹性、正交各向异性弹性、随动/各向同性塑性、热塑性、可压缩泡沫、线粘弹性、Blatz-Ko橡胶、Mooney-Rivlin橡胶、流体弹塑性、温度相关弹塑性、各向同性弹塑性、 Johnson-cook塑性模型、伪张量地质模型以及用户自定义材料模型等,适用于金属、塑料、玻璃、泡沫、编织物、橡胶、蜂窝材料、复合材料、混凝土、土壤、陶瓷、炸药、推进剂、生物体等材料。




         

         
END
       

     


来源:CAE碰撞仿真指导
LS-DYNA复合材料航空航天船舶汽车建筑理论材料
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首次发布时间:2025-06-25
最近编辑:8小时前
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06.接触参数解释

在LS-DYNA中,接触是通过给定需要程序检查的,可能发生从节点穿透主面段的位置来定义的,通过定义主从面或单面来表示接触的对象;接触对象可以来自部件、部件集 合、面段集 合以及节点集 合。在计算中的每一个时间步,程序会利用多个算法中的某一种来查找可能发生的穿透。【1】基本概念主面:Master从面:Slave段:Segment【2】接触参数解释 在接触关键字中,通过设置各个参数来实现产生的不同接触类型,从而达到工程仿真的需要;如下为各个参数的解释。SSID:从面ID;MSID:主面ID;SSTYP/MSTYP:从/主面ID类型; 主从面ID一共7种类型,依次为:0为面面接触中的Segment set ID;1为面面接触中的Shell element set ID;2为Part set ID;3为Part ID;4为点面接触中的Node set ID;5为单面接触中的所有类型;6为反选没有选中的所有Part set ID。SBOXID/MBOXID:通过BOX来定义主从面;SPR/MPR:是否计算并输出界面接触力。默认为0时不计算,为1时计算并在reforce中输出。FS:静摩擦系数;整车碰撞中常设为0.1;FD:动摩擦系数;整车碰撞中常设为0.1;DC:指数衰减系数,单位为速度的逆;VC:粘性摩擦系数,它控制着从黏着到滑动的转变;VDC:粘性阻尼系数,用来降低碰撞过程中接触力的高频振荡。 对于存在软材料(如泡沫材料)的接触问题,VDC 设为 40~60(临界阻尼的 40~60%),通常能提高模型的稳定性。对于金属间的碰撞接触问题,VDC 一般可设为 20。PENCHK:接触深度搜索选项; 为0时关闭检查功能;为1时开启检查功能;为2时开启检查功能,但执行最小对角线搜索。BT:接触开始时间;DT:接触结束时间;SFS:接触从面罚函数系数,默认值为1,用于增大或减小接触刚度。SFM:接触主面罚函数系数,默认值为1,用于增大或减小接触刚度。 在Soft=0/2 时,真正的主/从罚因子是SFS/SFM 分别与SLSFAC(*Control_Contact 中定义)的乘积。对于材料刚度相当、网格尺寸相差不大的两面间的接触问题,SFS、SFM、SLSFAC 的缺省设置是可行的。但相接触的两个面的材料、网格相差很远时,对于 Soft=0的接触算法可能存在问题,此时一个简单的办法就是设置Soft=1,而不必考虑(或试算)罚因子的选择。SST:接触从面的厚度选项,针对壳单元;MST:接触主面的厚度选项,针对壳单元;SFST:接触从面的厚度系数,针对壳单元;SFMT:接触从面的厚度系数,针对壳单元;FSF:库伦摩擦系数;VSF:粘性摩擦系数;【3】主面/从面定义的一般原则①粗网格表面定义为主面,细网格表面为从面。②主从面材料刚度相差较大,材料刚度大的一面为主面。③平面或凹面为主面,凸面为从面。 END 来源:CAE碰撞仿真指导

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