材料模型
關注創建者：CAE追夢者 創建時間：2019-01-08
材料模型的視頻教程
Abaqus材料模型-非線性隨動硬化kinematic hardening
一、隨動硬化——內容介紹 二、隨動硬化——理論知識 三、隨動硬化——測試及數據擬合 四、隨動硬化——仿真案例解析 作者已發布的系列視頻如下（可在作者主頁查看）： 一、ABAQUS材料模型系列 ① Abaqus材料模型-各向同性硬化彈塑性本構 ② Abaqus材料模型-hyperfoam超彈泡棉 ③ Abaqus材料模型-隨動硬化kinematic hardening 二、Hypermesh-Abaqus
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基于VUMAT建立復合材料的正交各向異性材料模型
(1)VUMAT的入門， (2)詳細解釋了正交各向異性材料彈性本構模型的VUMAT程序 (3)基于VUMAT子程序建立了單軸拉伸模型，并對結果進行分析處理，得出剛度大小。同時使用abaqus自帶的材料模型建立了拉伸模型，進行對比，驗證VUMAT子程序的準確性。
￥49 34分鐘 195播放
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材料模型的實例教程
本章主要是介紹Moldex3D 的基本理論，包含有：
•材料的模型
•基本理論及原理，包括充填、保壓、冷卻、翹曲、纖維、反應型材料及氣體輔助射出等各項模塊。
• 材料模型 (Material Models)
材料的模型是用來顯示高分子或塑料材料在許多不同的狀況下所顯示的特性，有了這些模型，Moldex3D便能夠依程序變化過程加以計算其動態變化情形。一般而言，塑料材料共分兩種，其一為熱塑性，另一種則為熱固性。對熱塑性材料而言，我們必須了解其黏度、壓力-比容-溫度特性 (在不同壓力及溫度下的比容)、熱傳導性、比熱及機械性質。至于熱固性材料，則需知道其在上述這些基本性質中的反應特性。為進一步說明此等特性，我們將探討熱塑性材料；并討論熱固性材料。另外，Moldex3D可供使用者自行輸入所需的參數，因此，用戶必須小心注意單位換算以避免產生分析上的問題。下表為在Moldex3D中常用的單位換算表。
注：Moldex3D 允許使用者自行輸入材料參數，用戶必須小心注意單位換算以避免產生分析上的問題。
1. 熱塑材料黏度模型(Viscosity Model for Thermoplastic)
黏度為流體本質上想抵抗流動的指數。通常小分子之簡易流體 (Simple fluids)，如水、油等，其黏度在常溫下通常為一個常數值，這些流體被通稱為牛頓流體。然而，對熱塑性塑料材料而言，它們的黏度特性非常復雜且常呈現非線性。不若簡易流體，熱塑性材料的黏度性質取決于其化學結構、成分及制造條件。若對一給定化學結構及方程式的熱塑性材料而言，其黏度特性則和溫度、剪應變速率及壓力有較大關系。為了解熱塑性材料的黏度特性，我們需要另外定義剪應力、剪應變速率及黏度之關系。
展開 做了好幾年CFD工程師，最近才知道原來FLUENT的材料模型里面有這個NIST Real Gas模型，慚愧！這個材料模型給與常用制冷劑有關的仿真計算帶來了莫大的方便。下面簡單介紹一下這個模型的使用。
從事制冷、空調、壓縮機等行業的人對REFPROP這個制冷劑數據庫軟件應該都不陌生。REFPROP是Refrigerant Properties兩個單詞的縮寫，這個軟件是由美國國家標準技術研究所NIST（National Institute of Standards and Technology）開發的，軟件中包含了幾乎所有常用制冷劑（R600，R134a等等）的材料模型。所謂NIST Real Gas模型，就是從REFPROP7.0中導入的制冷劑材料模型。
REFPROP7.0中包含了39種純制冷劑熱動力學和傳輸特性信息，并且能提供這些制冷劑混合物的特性信息。下表是所有的材料名稱。
展開 摘自:上海仿坤（LS-DYNA China）官網
http://lsdyna-china.com/display/247699.html
LS-DYNA的材料模型二次開發過程
Zhidong Han, Brian Wainscott
Livermore Software Technology Corp.
摘要
上期我們介紹了LS-DYNA 新一代二次開發環境的編譯連接過程和新增功能，多個用戶子程序可以通過動態連接庫的方式同時動態加載。本文是其續篇，將以一個簡單的材料模型來演示在新的環境下的一個完整的開發過程，包括編譯，連接，動態加載，源程序跟蹤調試，以及模型驗證等環節。
引言
LS-DYNA 作為一個大型的通用有限元程序，對于多重非線性的大規模問題的解決具有獨特的優勢，在實際工程中也得到非常廣泛的應用。目前材料庫有300 種材料模型，其中多數都提供二維平面應力和三維應力兩個版本。LS-DYNA 提供完整的用戶材料模型的開發模板，讓用戶可以開發自己的材料模型。與一般的隱式算法相比，顯式有限元分析的時間步長很小，計算規模大，導致對用戶子程序的調用非常頻繁。LS-DYNA 為減少子程序的調用，內部采用批處理的方式調用用戶子程序，要求一次調用能處理幾百個單元，這也為用戶子程序實現矢量化計算提供了方便。因此，考慮到大變形，LS-DYNA 對用戶子程序的特殊要求也增加了用戶開發的復雜度。另外，對于一個對初次接觸LS-DYNA 的用戶來說，主程序的執行碼不帶調試信息，較難在源程序上跟蹤調試，加大了二次開發中的程序查錯的難度。
本文以一個簡單大變形下的線彈性材料模型為例，演示在新的開發環境下的完整的開發， 調試和驗證過程。
展開 數值計算中材料數據應用
材料參數
內容大綱及示例
▇ 第一期：11月25日（周三） 19:30
大綱：
金屬力學屬性的分類
金屬材料模型選擇
有限元計算中材料數據應用
單軸實驗拉伸數據處理
材料參數對標工作流程
金屬材料的其他力學特性
金屬的各向異性--材料模型選擇、相應實驗簡介
Altair材料數據中心
示例：
單軸拉伸數據處理
硬化曲線擬合
材料卡片對標（應力應變關系）
應變率參數擬合方法
LAW72參數擬合演示
▇ 第二期：12月2日（周三） 19:30
大綱：
金屬材料失效模型簡介
基于應力三軸度的失效：材料失效模型、材料失效實驗、材料失效參數對標
金屬軟化（頸縮）：材料軟化模型、材料軟化對標
影響材料失效的其他因素：網格大小、對標方法、溫度、應變率、初始缺陷（加工）。
展開 對前端模塊準靜態和動態失效的預測
挑戰
隨著和Digimat經銷商—Dynamore Nordic的深入合作，沃爾沃汽車公司研究了Digimat局部各向異性材料模型處理增強塑料的強大功能。該評估項目帶來了很多好處：
使用Digimat模型并考慮注塑過程的局部各向異性，準確預測增強塑料的響應
多種FEA分析的能力：靜態與動態失效
用一個獨特的多尺寸材料模型可和多種有限元求解器耦合使用的靈活性
對材料進行早期校準
解決辦法
? 通過試件有限的實驗數據校準，可以生成局部各向異性Digimat材料模型。注塑仿真使用Moldflow進行，將生成的纖維方向映射到結構網格。
? 最終的FE模型可以撲捉材料的各向異性特性，其依賴于當前結構網格的單元上的局部纖維方向。
結果/優點
? 已經證明動態和準靜態載荷類型的預測準確性。
? 已展示了與不同的隱式和顯式有限元求解器的可用性。
? 已根據有限可用的測試數據，擬合出Durethan BKV 30（PA6 GF30）的Digimat參數。
? 計算性能
*完全碰撞工況仿真（行人）
- 使用局部各向異性Digimat材料代替各向同性的碰撞有限元材料，可接受地增加了3-5%的計算成本。
*車輛靜態強度工況模擬
- 部件中使用局部各向異性Digimat代替各向同性的Abaqus模型，減少了計算成本。
結果與測試的有效性/相關性評估
選用沃爾沃新XC90模型前端模塊的試制版本進行這次評估。模型分別施加6種工況。
? 4個前端模塊
? 準靜態3點對稱和非對稱彎曲
? 動態對稱和非對稱跌落測試
? 2個整車：行人碰撞、靜態強度
? 僅從前端模塊模型上獲取的仿真結果已和實驗數據進行了比較。
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材料模型的相關專題、標簽、搜索
材料模型的最新內容
該模擬軟件支持復雜材料模型、接觸算法、復雜幾何關系和大規模并行計算。OpenRadioss核心代碼采用Fortran作為主要編程語言，部分功能使用C/C++實現，代碼架構整體模塊化，包含前處理模塊（starter）和求解器模塊（engine），最大能夠處理千萬網格數的大規模模型和輸出大型可視化文件。
目標：
1、理解諧響應分析的工作流程
2、熟悉在 Ansys Mechanical 中通過命令片段定義粘彈性材料模型
步驟：
1、打開 Ansys Workbench，創建一個 “諧響應” 分析項目。設置單位系統為 (Kg, mm, s)。
2、定義材料屬性。除默認的結構鋼材料外，新建一種材料作為粘彈性材料的占位符。
原始文獻：《Mechanical modelling of indentation-induced densification in amorphous silica》
該文章為了模擬非晶態二氧化硅的壓縮力學性能，把拉伸與壓縮分開處理：拉伸側采用熟悉的 von Mises 屈服，壓縮側則切換到 cap 屈服面。這樣的設計，正好對應了非晶二氧化硅在壓痕加載下“既會發生剪切塑性，又會發生永久致密化
其內置材料庫極其龐雜，包含逾三百種材料模型，每一種模型都針對特定的物理場景進行了底層代碼級的極速優化。
*MAT_024 (MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY)： 這是整個汽車工業與消費電子防撞設計中使用頻率最高的通用彈塑性卡片。它的魅力在于卓越的魯棒性。工程師可以通過LCSS表格輸入離散的真實應力-真實塑性應變曲線族來定義應變率效應。
O型圈軸對稱橫截面示意圖
4、將材料賦予幾何模型。
5、對幾何模型進行網格劃分，采用多區域法。
6、定義分析設置并指定邊界條件。固定底部部件，并將頂部部件向下移動2毫米（圖2）。在O型圈與其他兩個部件之間定義接觸。開啟大變形選項，并定義至少50個子步以確保收斂。
圖2. 邊界條件
7、運行仿真并查看結果。
大家做CAE行業多年的小伙伴應該發現，做仿真的幾個步驟，材料、改模型、畫網格、加載條件、計算、結果。其中最耗時間的莫過于模型和網格兩大工程，當然不同產品其比例不同。對于大多數的裝配體來說，模型修改成有限元可以接受的程度，考慮性能計算時間比，那么模型和網格部分占比就很大。例如汽車整體碰撞模擬、飛機整體碰撞模擬，其模型和網格劃分占比接近90%，相當花費時間。
01 案例背景
在通信與電力系統中，饋線夾用于固定高頻電磁場傳輸線（饋線），其核心要求包括：
保持饋線平直
傾斜度 ≤ 1°
夾緊間隙縮小 ≥ 0.5 mm
螺栓缺失工況下的安全性評估
本案例將分析：
饋線對夾鉗的傾斜影響
預緊螺釘是否足夠使夾鉗變形并固定饋線
單螺栓與雙螺栓安裝的對比
02 模型與材料參數
幾何結構
為幾何模型賦予材料屬性。
5. 對球體施加10000W/m3 的內部熱生成，用以表示發熱物體；然后在球體表面與太陽能電池板上表面之間定義表面對表面輻射，使熱量通過輻射在這兩個表面之間傳遞，如圖2所示。發射率取值為0.7，假設太陽能電池板頂部未覆蓋玻璃蓋板，該值可在0.7至0.95之間變化。環境溫度設為220°C。
圖2：內部熱生成與輻射邊界條件
6.
圖1 T 型梁幾何模型
4、為幾何模型賦予材料屬性。
5、施加邊界條件。本案例中，在梁的兩端施加固定約束。
圖2 邊界條件
6、對模型劃分網格并運行仿真，繪制軸向正應力云圖。
圖 3 T 型梁的軸向應力分布
四點彎曲試驗仿真 案例 2
7、復制靜態結構分析系統。
8、施加邊界條件。
LS-DYNA中金屬、塑料、橡膠等多種材料模型的參數識別；2. 航空、汽車、家電等不同領域中材料復雜力學性能測試技術和數據分析；3. 多種材料模型的開發和仿真應用。
