材料模型的案例
FLUENT材料模型中的NIST Real Gas模型
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 LS-DYNA的材料模型二次開發過程
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 【研討會報名】沖擊碰撞仿真中金屬材料的非線性模型選擇和對標
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 Moldex3D模流分析材料性質與模型之熱塑材料黏度模型
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 
ANSYS ACP復合材料鋪層固定機翼蒙皮肋筋仿真，附講解視頻及模型文件 ￥98
涉及ACP復合材料鋪層，后處理， Tsai-Wu 準則等相關設置方法。過程詳細，結果結果合理。相關復合材料鋪層均可使用該文檔方法設置完成。
附帶詳細講解視頻和案例模型
1. 概述
本指導文檔旨在幫助新手使用?ANSYS Composite PrepPost（ACP）模塊進行復合材料的分析。本教程以機翼蒙皮為案例，結合本教程，您將學習如何創建復合材料模型、定義材料屬性、設置鋪層、進行網格劃分、施加載荷和邊界條件，并最終求解和分析結果。
2. 操作流程
2.1 幾何處理
1. 幾何導入與處理：
o 在 SpaceClaim 或其他三維軟件（如CATIA、SolidWorks、Inventor等）中對幾何模型進行預處理，確保模型的完整性和準確性。
o 對于機翼蒙皮和肋板等復雜結構，需將蒙皮和肋板分割為獨立的面或體，以便后續定義接觸關系和鋪層順序。在接觸區域（如蒙皮與肋板的連接處），需進行精確的幾何分割，確保接觸面清晰且邊界明確。
o 為了便于共節點識別或接觸定義，可在接觸區域生成輔助線或面，確保網格劃分時節點對齊，避免因網格不匹配導致計算錯誤。
2.2 材料定義
1. 在左側Component Systems找到ACP模塊，拖拽到A模塊下Gometry下，這樣可以利用前面已有的模型。
2. 雙擊E模塊下的model，打開mechanical界面。
3.
展開 沃爾沃汽車公司使用Digimat短纖維增強塑料的材料模型
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。
展開 基于VB的ANSYS二次開發之超彈性材料模型算法
ANSYS現有版本雖包括了金屬、橡膠、Drucker-Prager、混凝土等眾多材料模型，但仍無法滿足工程計算需要，為了彌補這一不足，ANSYS為用戶提供了開發材料模型的接口，即UPFs。通過修改、編譯連接相關用戶子程序，可以得到各種符合用戶需要的材料模型。ANSYS的TB，HYPER命令給用戶提供了各種不可壓縮和可壓縮的超彈性材料模型，比如：Polynomid Form模型、Mooney-Rivlin模型、Neo-Hookean模型、Yeoh模型、Arruda-Boyce模型、Gent模型、Ogden模型、Hyperfoam模型以及Blatz-Ko模型等。但是對于需要使用另外模型的用戶，則需要UserHyper用戶子程序來編寫自己的超彈性材料模型。
UserHyper用戶子程序介紹
用戶可以使用如下命令調用用戶定義的超彈性材料模型：
TB,HYPER,,,,USER
可以使用所有支持超彈性材料的單元。
展開 ls-dyna材料模型與單元類型詳解
摘自《ansys10.0有限元分析理論與工程應用》王富恥，張朝暉著，值得一看，與大家共同學習進步……
ansys_ls-dyna材料模型與單元類型.part1.rar
ansys_ls-dyna材料模型與單元類型.part2.rar
LS-DYNA | 材料的失效模型
失效模型
失效為材料發生故障的開始
失效對材料剛度和強度無影響
失效模型比損傷模型計算簡單
失效模型通常從實驗中識別的參數少
損傷模型
損傷為材料失效的開始
損傷對材料的剛度和強度有影響
損傷模型比失效模型計算復雜
損傷模型需要確定更多參數
一些失效模型
*MAT_PIECWISE_LINEAR_PLASTICITY（#024）
考慮各項同性硬化和應變速率影響的von mises彈塑性材料模型，是基于等效塑性應變的失效模型、
*MAT_MODIFIED_PIECWISE_LINEAR_PLASTICITY（#123）
基于等效塑性應變或主應變的失效模型
*MAT_JOHNSON_COOK（#015）
*MAT_MODIFIED_JOHNSON_COOK（#107）
與溫度和應變率相關的材料，失效準則為應力三軸比的函數。
*MAT_VTM_STM（#135）
正交各項異性彈塑性材料模型，基于Cockcroft-Latham和Bressan-Williams斷裂準則。
展開 LS-DYNA講義中的材料模型
<FONT color=#000080>LS-DYNA講義中的材料模型</FONT><BR><Font color=#FF0000><B>.PS.:</B>該帖附件于2006-09-22 08:31:21被winken評為2星級，為發貼者加分40。</Font><BR><Font color=#FF0000><B>點評:</B></Font>參考資料
常用彈塑性材料模型.rar
展開 LS-DYNA 創新組-基于MAT_158材料模型的沖擊仿真案例(K文件在文末鏈接)
一、模型建立：
MAT158材料模型適用Shell和Tshell理論，本研究中采用Tshell理論模擬編織復合材料，單層沿厚度方向兩個Tshell單元，單層厚度方向4個積分點。復合材料平板尺寸300×300mm，厚度方向3.6mm，一共20個鋪層（下圖1給出兩個鋪層示意圖）。
圖1 模型建立
邊界約束在平板中心半徑為125mm部分之外的第一層和最后一層
復合材料層的有限元網格節點進行面外約束，沿平板四邊的所有層節點約束三個方向如下圖2所示。MAT_158在本研究中使用的建模方法是均一化方法，單層的材料參數通過編織復合材料細觀模型計算得出單層材料參數。失效表面類型被定義為（FS = -1）。在應力達到最大后的最小應力極限的所有參數（SLIM）均設為0.8。應變率效應為Maxswell粘彈性模型。
圖2 邊界條件
界面層單元ELFORM=19，Cohesive單元上層四個節點與復合材料層接觸面上的節點進行共節點。下層四個節點同樣是與復合材料下層接觸面上的節點共節點，厚度設置為0厚度，Cohesive層與復合材料模型組合結構形式如圖3所示。
圖3 層間界面破片采用10x10x10mm的方塊沖擊破片的材料模型采用鋁合金材料。
二、計算結果：破片沖擊速度設為Vp=1.5Km/s。
展開 
金屬成形材料模型總結
$1.1 *MAT_003(*MAT_PLASTIC_KINEMATIC)
這個模型適合模擬等向和運動強化塑性，有選項可以考慮率效應。
適合于：梁（Hughes-Liu），殼和實體單元。
$1.2 *MAT_012(*MAT_ISOTROPIC_ELASTIC_PLASTIC)
這是一個低耗等向塑性模型，適合于三維實體。對于平面應力殼單元計算中，當應力狀態超過屈服表面時，一步radial return approach被采用來修正Cauchy應力張量。這種方法導致不準確的殼厚度更新和不準確的屈服后應力。這是dyna平面應力分析中唯一不缺省采用迭代方法的模型。
$1.3 *MAT_018(*MAT_POWER_LAW_PLASTICITY)
這是一個考慮率效應的等向塑性模型，采用指數強化。
$1.4 *MAT_024(*MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY)
可以定義任意應力應變曲線的彈塑性材料模型。
$1.5 *MAT_033(*MAT_BARLAT_ANISOTROPIC_PLASTICITY)
該模型由Barlat, Lege, and Brem[1991]開發，用來模擬成形過程中的各向異性材料行為。這個模型的有限元執行由Chung and Shah[1992]詳細描述。它基于六參數模型，適合于三維連續問題。
Barlat, F., D.J. Lege, and J.C. Brem, "A Six-Component Yield Function for Anisotropic Materials,", Int. J. of Plasticity, 7, 693-712, (1991).
Chung, K. and K.
展開 Moldex3D模流分析材料性質與模型之熱固材料黏度模型(化學流變模型)
熱固材料黏度模型(化學流變模型) (Viscosity Model for Thermosets - (Chemorheology Model))
以下數據僅可使用于Moldex3D-RIM。不使用此模塊的用戶可以跳過此部份。
當鏈結作用發生時，熱固性材料的分子量會越來越大。因此，黏度也會相對的增加。當我們加熱一個熱固性材料時可以觀察到一個典型的U型曲線。剛開始時會因為熱固性材料本身的熱膨脹而使黏度下降，到達低限值之后，黏度會因為分子網狀結構的建立而迅速的劇烈上升。RIM分析主要采用以下的模型：
熱塑性材料的特性
牛頓流體
此模型是假設黏度為一常數，而完全不考慮鏈結作用產生的黏度變化。通常此模型是當用戶需要快速分析網格模型時才建議使用。
Castro Macosko 模型
此模型假設黏度只和溫度及熟化程度兩者有關。
黏度和熟化程度的關系可以用三個參數來描述。與膠化點有關，當反應到達該點時，材料的黏度會劇烈的上升，與溫度的相關性則是呈指數型，但跟剪應變速率無關。
Power-law Castro Macosko 模型
此模型是 Castro Macosko模型的延伸，與有power-law(冪指數)形式剪應變速率的關系。
其中n 是由熟化程度(參數c0~c2)控制的冪指數；a0~a2 是考慮熟化對粘度影響的擬合參數；b0~b2 則是在熟化影響上再加上溫度影響的擬合參數。
展開 耐火材料熱應力分析中的材料本構模型研究
熱應力是耐火材料破壞的主要原因之一。材料的本構關系是有限元模擬準確性的決定因素。論述了各種用于耐火材料的本構模型，比較了各自的優缺點和適用范圍，闡明了建立統一的耐火材料本構模型的困難，提出了一種利用細觀力學方法解決該問題的新思路
耐火材料熱應力分析中的材料本構模型研究.pdf
Moldex3D模流分析材料性質與模型之PVT模型
熱塑性材料通常會因為壓力及溫度改變而有明顯的體積變化，因此實務上我們必須能表征出該材料之壓力-比容-溫度關系 (PVT)，以便能計算材料在保壓階段時的可壓縮性，并能進一步預估產品于頂出后之收縮與翹曲情形。
比容與壓力溫度的相關性
本質上，不同類型的熱塑性材料在其轉化溫度 (transition temperature) 時，會展現出不一樣的PVT行為，當我們檢視材料之比容-溫度特性圖時，半結晶狀的熱塑性材料會有一個非常明顯且突變的體積變化；然而非晶性熱塑性材料(或俗稱不定型材料)則僅在其特定的體積-溫度曲線上有斜率的改變。下圖可看出這兩種熱塑性材料的差異，其中比容可定義為每單位質量熱塑性材料所占有的體積。
比容與壓力結晶性的相關性
因此，好的PVT模型應該清楚表征比容和溫度及壓力之間的關系，并且明白指出這兩種熱塑性材料的差異。
比容常數模型Constant Specific Volume
比容常數模型是假設比容和溫度壓力無關，即假設為不可壓縮的材料。
Spencer-Gilmore 模型
此模型是由理想氣體定律加上溫度跟壓力對比容的修正項所推導出來的。
Tait 模型
Tait 模型的原始版本，其中有五個參數必須要給定b1, b2, b3, b4 及C。
Tait 修正模型 1
此模型是原始版本的修正版，其中有七個參數須給定。
其中 Tt 是隨壓力變化之材料轉化溫度；由式子可知，較高的壓力下通常其材料轉化溫度也較高。
Tait 修正模型 2
因為前述Tait之第一種修正模型并不能解釋半結晶性材料的于比容-溫度關系中具有之突變特性，所以后進者提出以下之修正模型。
展開 