LS-DYNA最常用材料模型MAT24详解-从原理到参数一篇通

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引言

在汽车碰撞、金属冲压、爆炸冲击等仿真中，MAT24（MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY）几乎是工程师的“首选材料模型”。它既能模拟金属的弹塑性变形，又能考虑应变率效应和失效行为，堪称LS-DYNA中的“万金油”。
但你真的会用MAT24吗？它的硬化曲线如何定义？参数如何标定？失效准则如何选择？这篇文章将从理论到实操，彻底讲透MAT24的核心逻辑！

一、MAT24基本原理：金属的“变形密码”

1. 弹性阶段：胡克定律的天下

材料未屈服时，应力-应变严格遵循线性关系：

E（弹性模量）：材料有多“硬”
PR（泊松比）：压缩时横向如何变形？金属常用0.3。

2. 塑性阶段：屈服与硬化

屈服后，材料进入塑性变形，MAT24通过Von Mises准则判断是否屈服：

硬化行为：屈服应力随塑性应变增大（硬化），用户需输入

真实应力-真实塑性应变曲线（通过LCSS参数定义）。

误区提醒：硬化曲线必须用真实应力应变（不是工程值）！简单转换公式：

3. 应变率效应：动态加载下的“强化buff”

高速碰撞中，材料会变得更“强”。MAT24用Cowper-Symonds模型修正屈服应力：

C，P：材料常数，需动态实验标定（如Hopkinson杆试验）。
典型值参考

4. 失效准则：什么时候“撑不住了”？

当材料损伤积累到阈值，单元会被删除（模拟断裂）。MAT24支持三种失效模式：

二、MAT24参数手册：逐项解析

在LS-DYNA的K文件中，MAT24的参数定义如下：

参数名	符号	说明	典型值/示例
`MID`	-	材料ID	24（固定）
`RO`	ρρ	密度	钢：7850 kg/m³
`E`	EE	弹性模量	210 GPa（钢）
`PR`	νν	泊松比	0.3（金属通用）
`SIGY`	σ0	初始屈服应力	300 MPa（低碳钢）
`ETAN`	Et	切线模量（若未定义硬化曲线）	设为0（需用`LCSS`）
`LCSS`	-	硬化曲线ID	100（需配合`*DEFINE_CURVE`）
`C, P`	-	应变率参数	钢：C=40.4, P=5
`FS`	-	失效模式	0（等效塑性应变失效）
`EPS_fail`	εf	失效应变阈值	0.3（根据实验标定）

三、MAT24应用场景：哪里需要它？

汽车碰撞：车门、保险杠的钢板变形分析（需动态硬化曲线+应变率参数）。
金属冲压：钣金成型过程的回弹预测（准静态硬化曲线，忽略应变率）。
爆炸冲击：金属结构在爆炸载荷下的断裂模拟（结合失效准则）。
跌落测试：手机外壳的耐摔性评估（标定C/P参数）。

四、避坑指南：MAT24常见问题

六、总结

MAT24凭借简单、高效、易标定的特点，成为金属动态仿真的“扛把子”模型。掌握其参数意义、硬化曲线定义和失效准则，足以应对80%的金属非线性分析需求。

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来源：檐苔

外延拟合模型详解：从试验数据到仿真精度的桥梁

在整车碰撞仿真中，材料的应力应变曲线往往因试验条件限制无法覆盖实际工况（如大应变、高应变率）。外延拟合模型通过数学方法对试验数据未覆盖区域进行合理延伸，是确保仿真精度的关键步骤。以下从模型选择、参数拟合及工程验证三个维度，系统解析外延拟合的核心技术。一、外延模型类型及适用场景1. 常用外延模型2. 模型选择原则试验数据趋势匹配：若试验曲线后期斜率趋缓（如高强钢），优先选择Voce模型；若持续上升（如某些铝合金），选择幂律模型。参数可识别性：避免参数过多导致过拟合（如混合模型需谨慎使用）。工程实用性：Johnson-Cook模型适用于动态工况，但需多应变率数据支持。二、参数拟合方法与操作流程2. 多应变率曲线协调外延场景：某铝合金在不同应变率下的硬化曲线需同步外延（0.1/s、10/s、1000/s）。操作要点：统一外延模型：所有应变率曲线采用相同模型（如幂律），确保动态行为一致性。参数关联性约束：幂律指数 nn 可随应变率增加而减小（反映绝热软化）；强度系数 KK 可随应变率升高而增大。插值验证：在中间应变率（如500/s）进行插值计算，检查应力响应是否平滑过渡。示例输入：五、总结外延拟合模型是连接试验与仿真的核心技术，其核心在于：模型选择适配材料本性；参数拟合兼顾数学精度与物理规律；验证流程覆盖单单元至系统级。来源：檐苔