LS-DYNA学习笔记-主流冲压用材料模型的区别（33/36/37/125/133）
在LS-DYNA中，材料模型的选择对仿真精度至关重要，尤其在涉及金属塑性变形（如冲压、碰撞分析）时。33号、36号、37号、122号和133号材料模型均用于描述弹塑性行为，但理论基础、适用场景和计算能力差异显著。以下是综合对比分析：各向异性材料模型对比33号（MAT_BARLAT）适合普通铝合金（如5xxx系）或各向异性不显著的钢板。计算效率高，但双轴拉伸精度中等，不推荐用于高精度回弹分析3。理论基础：Barlat（1989）非二次屈服准则，通过单一线性变换描述面内各向异性36。适用性：参数标定：需轧制方向（0°）、45°、90°的屈服应力（σ）和塑性应变比（r）2。36号（MAT_3-PARAMETER_BARLAT）铝合金首选模型（如AA6016、AA7075），可精确预测拉深、胀形变形24。参数较少（r₀、r₄₅、r₉₀ + m），标定便捷3。突破性：引入指数m（FCC材料取8，BCC取6），不受r值限制，兼顾厚向与面内各向异性23。适用性：局限：未考虑包辛格效应，回弹预测逊于125/133号4。37号（MAT_HILL48）r<1时误差显著（如铝合金），甚至劣于各向同性模型24。仅推荐用于r>1的传统钢板（如DC04、ST16）2。传统模型：基于Hill二次屈服准则，仅考虑厚向异性（忽略面内差异）26。致命缺陷：应用场景：简易冲压分析，计算效率最高3。125号（MAT_YOSHIDA-UEMORI）钢制件回弹分析工业标准（如DP780、TRIP钢）48。需循环拉伸-压缩试验数据，参数标定成本高4。核心价值：耦合Hill48与非线性运动硬化，通过双曲面模型精确模拟包辛格效应和永久软化34。适用性：局限：仅支持壳单元，隐式求解需专用设置4。133号（MAT_BARLAT_YLD2000）先进高强钢（AHSS）与复杂铝合金（如AA5042）的终极选择34。双轴拉伸精度行业最优，但需7组数据（含σ_biax、r_biax）4。黄金标准：双线性变换屈服准则，全面捕捉面内/法向/剪切耦合效应36。适用性：计算成本：迭代求解耗时较长，适合高精度需求场景3。核心模型对比表特性33号 (Barlat89)36号 (3-Parameter Barlat)37号 (Hill48)125号 (Yoshida-Uemori)133号 (Barlat2000)屈服准则非二次函数，单一线性变换 非二次函数，三参数各向异性 Hill二次屈服准则 Hill48 + 非线性运动硬化 非二次函数，双线性变换 各向异性描述面内各向异性为主 面内+厚向各向异性 仅厚向异性仅厚向异性 全面（面内+厚向+剪切）适用材料普通铝合金/弱各向异性钢 所有r值材料 （铝/钢） 仅r>1钢材 （如低碳钢） r>1钢材（尤其先进高强钢） 先进高强钢/复杂铝合金 关键参数4组（σ₀、σ₄₅、σ₉₀、r值） 3参数（r₀、r₄₅、r₉₀ + 指数m） 3组r值 循环载荷数据 + r值 7组（含双轴拉伸数据）硬化模型等向/随动硬化 等向硬化为主 等向硬化 非线性运动硬化（双曲面）等向硬化 优势场景效率优先的铝合金冲压 铝合金通用成形 传统钢板简易分析 高精度回弹预测双轴拉伸/复杂各向异性局限忽略法向与剪切耦合效应 无循环硬化能力 r<1时误差极大参数标定复杂 需双轴试验，成本高 选型策略与工程建议按材料类型选择133号（成形） + 125号（回弹）组合48简易分析 → 37号回弹关键件 → 125号或133号通用成形 → 36号（平衡效率与精度）23高精度/复杂各向异性 → 133号（数据完备时）铝合金：传统钢板（r>1）：先进高强钢（DP/TWIP钢）：按仿真目标选择效率优先：33号（铝）、37号（钢）精度优先：133号（各向异性）、125号（回弹）循环载荷/包辛格效应：125号唯一选择4参数标定注意事项133号：必须包含双轴拉伸试验数据，否则精度丧失4。125号：需获取循环载荷曲线，建议参考LS-PrePost示例库4。36号：确保m值匹配材料晶体结构（Al: m=8, 钢: m=6）2。💎 总结：模型演进与工业应用趋势淘汰37号：除r>1钢的简易分析外，36号全面替代37号24。高端组合：133号（成形） + 125号（回弹）成为汽车覆盖件仿真新标准48。成本权衡：数据有限 → 36号（铝）、33号（弱各向异性钢）数据完备 → 133号（极致精度）实践提示：冲压仿真需同步优化单元算法（如壳单元选ELFORM=16关键区 + ELFORM=2非关键区）来源：阿毅工作室
