How to | LS-DYNA使用技巧（三）

 

状态方程

在某些情况下，为了准确模拟材料行为，需要EOS。EOS通过将压力计算为密度的函数，也许还有能量和/或温度，来确定材料的静水压或体积行为。需要EOS时，通常是具有这些特点：应变率非常高，材料压力远远超过屈服应力，以及冲击波的传播。当然，这些现象通常是相互关联的。

*EOS_LINEAR_POLYNOMIAL或*EOS_GRUNEISEN可能是非气态材料最常用的EOS状态方程。Gruneisen参数可用于包括金属在内的许多材料。

总应力是偏应力和压力的总和。平均应力（sig1+sig2+sig3）/3等于压力。不采用EOS的本构模型直接计算总应力。在这些模型中，总应力的压力分量仅基于体积应变。例如，对于弹性材料，p＝K*mu，其中K是体积模量，mu = rho/rho0 - 1。

需要附带EOS的材料模型只计算应力的偏分量，即强度行为，而EOS计算总应力的压力分量，即静水压力行为。

请注意，EOS只能用于连续介质单元（壳类型为13、14或15的*ELEMENT_SHELL或*ELEMENT_SOLID）。这些单元使用在960版本用户手册第II卷第6页开始的表格中为EOS指定的*MAT材料之一。

如果您使用的材料模型需要EOS，则可以通过使用*EOS_LINEAR_POLYNOMIAL并将C1设置为体积模量和弹性模量，将所有其他C项设置为0来实现简单的体积行为。只有当应变率为低到中等时，才会推荐这种方法。车辆碰撞中的应变率属于中等。

Zukas（1990，John Wiley and Sons）编辑的《高速冲击动力学》一书是关于高应变率下材料行为的一本很好的参考书。

大约50种材料的EOS参数在“Equation of State and Strength Properites of Selected Materials”书中给出，Danial J.Steinberg，Lawrence Livermore国家实验室，1991年（1996年发布的变更1），UCRL-MA-106439。（LLNL不提供副本。）

关于*EOS_TABULATED_COMPACTION和*EOS_TABULATED：手册不是很具体。说明如下：

• eVi项（曲线的横坐标）表示ln（相对体积），因此在压缩时为负。

• eVi=ln（相对体积）值应按降序给出，即首先是拉伸（正）值，最后是压缩（负）值。

• 压缩时压力为正。如果gamma=0，Ci等于加载曲线上的压力。因此Ci应该具有与eVi相反的代数符号。

 

额外的历史变量

当读入d3plot数据库时，额外的历史变量（参见*DATABASE_EXTENT_BINARY中的NEIPH和NEIPS）可以通过LS-POST中选择 Fcomp>Misc>history var#n，绘制显示出该变量随时间的变化曲线。通过选择 History > Scalar 来创建额外历史变量的时间历程图。

在用户材料子程序应用中，采用额外的历史变量优势明显，因为用户可以知道额外的历史变量是什么。在LS-DYNA的970以前版本，umat子程序中的第一个历史变量不会作为历史变量#1存储在d3plot数据库中。存储位置取决于许多因素，例如子程序是矢量化的还是非矢量化的，单元是壳还是实体类型等。

// 来自Lee Bindeman关于该主题的更多信息

“当使用矢量化子程序（即umat46v而非umat46）和一个用于3D实体单元的材料时，无论用户定义的材料是否正交各向异性，都有6个历史变量自动用于转换矩阵的6项中。当材料为正交各向异性（IORTHO=1）时，这6个变量是自动分配的；然而当材料不是正交各向异性（IORTHO=0）时，这些变量不是自动分配的，必须由用户定义的材料输入来分配。因此，如果材料使用46个历史变量，则需要设置NHV=52。为了将46个历史变量写入d3plot文件，需要通过在*DATABASE_EXTENT_BINARY上设置NEIPH=52来请求52个额外的历史变量。

后处理时，历史变量1到6将包含转换矩阵项。如果材料是各向同性的，这些都将为零。历史变量7到52将包含子程序中的历史变量1到46。

对于二维材料（对于壳单元），上述规则会发生更改。在这种情况下，只存储了2个转换项，因此只需要分配和请求2个额外的历史变量。

因为上述这种混乱的情况，在版本970修订版2903及更高版本后做了修正。

有了这个修正，就不再需要为NHV分配额外的历史变量，也不再需要在d3plot文件中请求6（或2）个额外历史变量。您只需要分配相同数量的要使用的历史变量，并请求写入d3plot文件的数量。如果材料是各向同性的（IORTHO=0），则将省略转换项，然后用户子程序中的历史变量编号将与d3plot文件中的编号相匹配。然而，如果材料是正交各向异性的（IORTHO=1），那么6个（或2个）变换项将被写入d3plot文件，因此用户子程序和d3plot中的历史变量编号将不匹配。”

 

力的输出

// 可以通过以下几种方式获得受力情况

• 使用*DATABASE_CROSS_SECTION 和 *DATABASE_SECFORC可以获得一个横截面上的内力和内力矩。注意，在使用set选项设置横截面时，必须提供用于定义横截面的节点集以及横截面某一侧的至少一个单元集。

• 使用*DATABASE_NODAL_FORCE_GROUP 和 *DATABASE_NODFOR可以获得施加在节点或节点集上的外部力

• 使用*DATABASE_BNDOUT可以获得边界反力

• 使用*DATABASE_SPCFORC可以获得由*BOUNDARY_SPC定义的边界上的反力

• *DATABASE_RCFORC可以输出接触力合力。在单面接触中，还需要使用*CONTACT_FORCE_TRANSDUCER_(option)来提取接触力合力

• 单个节点所受的力由*DATABASE_NCFORC输出。必须在*CONTACT中设置SPR, MPR中至少一个输出控制选项为1，以便向程序指定输出侧为接触面主面侧或从面侧。

以上数据分别由程序输出到ASCII文件SECFORC, NODFORC, BNDOUT, SPCFORC, RCFORC和NCFORC中。

 

节点力

下表总结了各种ASCII输出文件是否包含由各种载荷或边界条件引起的节点力。

NCFORC和RCFORC分别包含节点接触力和接触合力。只有当设置了*CONTACT（Card 2）中的打印标志（SPR、MPR）时，才会包含在NCFORC中。

文章来源：https://www.dynasupport.com/howtos/general

翻译校对：魏仁委，董骁