第七章 材料模型
ANSYS/LS-DYNA包括40多种材料模型，它们可以表示广泛的材料特性，可用材料如下所示。本章后面将详细叙述材料模型和使用步骤。对于每种材料模型的详细信息，请参看Appendix B,Material Model Examples或《LS/DYNA Theoretical Manual》的第十六章（括号内将列出与每种模型相对应的LS-DYNA材料号）。
线弹性模型 ·各向同性（#1） ·正交各向异性（#2） ·各向异性（#2） ·弹性流体（#1） 非线弹性模型 ·Blatz-ko Rubber(#7) ·Mooney-Rivlin Rubber(#27) ·粘弹性（#6） 非线性无弹性模型 ·双线性各向同性（#3）
·与温度有关的双线性各向同性（#4） ·横向各向异性弹塑性（#37） ·横向各向异性FLD（#39） ·随动双线性（#3） ·随动塑性（#3） ·3参数Barlat（#36） ·Barlat各向异性塑性（#33） ·与应变率相关的幂函数塑性（#64） ·应变率相关塑性（#19） ·复合材料破坏（#22） ·混凝土破坏（#72） ·分段线性塑性（#24） ·幂函数塑性（#18） 压力相关塑性模型
·弹-塑性流体动力学（#10） ·地质帽盖材料模型(#25) 泡沫模型
·闭合多孔泡沫(#53)
·粘性泡沫(#62) ·低密度泡沫(#57) ·可压缩泡沫(#63) ·Honeycomb(#26) 需要状态方程的模型
·Bamman塑性（#51） ·Johnson-Cook塑性（#15） ·空材料（#9）
·Zerilli-Armstrong(#65) ·Steinberg(#11) 离散单元模型 ·线弹性弹簧 ·普通非线性弹簧 ·非线性弹性弹簧 ·弹塑性弹簧
·非弹性拉伸或仅压缩弹簧 ·麦克斯韦粘性弹簧 ·线粘性阻尼器 ·非线粘性阻尼器 ·索（缆）（#71） 刚性体模型 ·刚体（#20）
7.1 定义显示动态材料模型
用户可以采用ANSYS命令 MP ， MPTEMP ， MPDATA ， TB ， TBTEMP 和 TBDATA 以及ANSYS/LS-DYNA命令 EDMP 来定义材料模型。下一节 显动态材料模型的描述 ，说明了怎样使用命令定义每种材料模型的特性。
通过GUI路径定义材料模型比使用命令直接得多：
1．选择菜单路径Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models.Define Material Model Behavior对话框出现。
注 --如果不事先定义ANSYS/LS-DYNA单元类型，那么就不能定义ANSYS/LS-DYNA材料模型。
2．在 Material Models Available 窗口的右侧，双击LS-DYNA，然后选择一种材料模型种类：线性、非线性、状态方程、离散单元特性或刚体材料。 3．双击一种材料的子目录。例如，在非线性材料中，有弹性、非弹性和泡沫材料模型。
4．继续双击下面的材料分类直到数据输入对话框出现。框中的选项包括所有的材料模型，它对所选的材料模型都有效。
5．输入所需的值，单击 OK 。然后在 Materials Models Defined 窗口左边就列出了材料模型的类型和号码。
然后用户可以双击 Materials Models Defined 窗口左边的材料模型使相关数据对话框出现。这样就可以修改其值。然后单击 OK 。
用户可以选择Edit>Copy并指定新模型号来复制现有材料模型的内容，复制的材料模型以新模型号列在 Materials Models Defined 窗口左侧，其内容与原材料模型内容相同。
单击模型号选定它，然后选择Edit>Delete,可以删除材料模型。
使用GUI路径定义材料的详细信息，参看§1.2.4.4 《ANSYS Basic Analysis Guide》中的Material Model Surface,也可参看《ANSYS Operations Guide》的§4.2.1.10 Using Tree Structure来获得材料模型界面结构层的详细信息。如果用户通过GUI路径来定义、修改、复制或删除材料模型，ANSYS将自动发出正确命令并将其写入log文件中。
7.2 显式动态材料模型的描述
本节将详细讲述每一种材料模型。每当提及“加载曲线ID”时，就需要输入一条材料数据曲线ID，用 EDCURVE 命令定义材料数据曲线，见第四章 ，Loading 。当采用交互工作方式时，所有材料模型的可用特性都出现在材料模型对话框中。当使用批处理或命令流方式时，相应的命令都提供在这里。要保证定义材料属性为模型列出的，不要定义与模型无关的数据。
7.2.1线弹性模型
7.2.1.1各向同性弹性模型
各向同性弹性模型。使用MP命令输入所需参数：
MP ，DENS—密度 MP ，EX—弹性模量 MP ，NUXY—泊松比
此部分例题参看B.2.1，Isotropic Elastic Example:High Carbon Steel。
7.2.1.2正交各向异性弹性模型
正交各向异性弹性模型。用MP命令输入所需参数： MP ，DENS—密度
MP ，EX—弹性模量（EY，EZ）；需一值
MP ，NUXY—从泊松比（NUXY，NUXZ）；需一值或 MP ，PRXY—主泊松比（PRYZ，PRXZ）；需一值 MP ，GXY—剪切模量（GYZ,GXZ）;需一值
当仅给定一个值时（例如，EX）其它值将自动定义（EY=EZ=EX）。用 EDLCS 和 EDMP ，ORTHO命令定义材料坐标系统。如果没有给定材料坐标系统，材料特性将单元的I，J，L节点定义的材料轴保持正交各向异性（参看下图）。对于多层复合壳，用 TB ，COMP命令代替，并作为SHELL163单元实常数给定层性质。详细信息参看§7.2.3.11 Composite Damage Model.
例题参看B.2.2 Orthopic Elastic Example:Aluminum Oxide. 7.2.1.3 各向异性弹性模型
此种材料的描述需要全弹性矩阵。由于其对称性，仅需21种常数。这种材料仅对SOLID164单元和PLANE162单元有效（轴对称和平面应变问题）。
用 MP 命令输入密度。用 TB ，ANEL命令以上三角形式输入常数。用 EDLCS 和 EDMP ，ORTHO命令定义材料方向轴。如果没有定义材料坐标系，材料性质将与单元的I、J、L节点所定义的材料轴保持正交各向异性（参看上面的单元坐标系图）。
MP ，DENS—密度 TB ，ANEL
TBDATA ，1，C11，C12，C22，C13，C23，C33
TBDATA ，7，C14，C24，C34，C44，C15，C25 TBDATA ，13，C35，C45，C55，C16，C26，C36 TBDATA ，19，C46，C56，C66
当用户使用 TBLIST 显示材料类型的数据信息时，这些常数以下三角形式[D]出现而不是上三角形式[C]。这一矛盾不是计算错误；材料数据已准确传递给LS-DYNA程序。
例题参看B.2.3,Anisotropic Elastic Example:Cadmium。 7.2.1.4 弹性流体模型
使用此选项来模拟动态冲击载荷作用下盛满流体的容器。可以用 MP 命令输入密度（DENS），用 EDMP 命令定义材料模型为弹性流体：
MP ，DENS
EDMP ，FLUID，MAT，VAL1
流体模型要求指定体积模量，可以在上述命令的VAL1域输入。除了使用 EDMP 外，用户也可用 MP 命令输入弹性模量（EX）和泊松比（NUXY）。然后程序将计算体积模量如下所示：
MP ，EX MP ，NUXY
如果VAL1（ EDMP 内）、EX和NUXY都指定了，VAL1将用作体积模量。
7.2.2非线性弹性模型
7.2.2.1Blatz-ko弹性橡胶模型
Blatz和ko定义的超弹连续橡胶模型。该模型使用第二类Piola-Kirchoff应力：
其中，G—剪切模量，V—相对体积，ν—泊松比，
量，而
—右柯西-格林应变张
—Kronecker delta。用 MP 命令输入密度（DENS）和剪切模量（GXY）。
例题参看B.2.4,Blatz-Ko Example:Rubber。 7.2.2. 2 Mooney-Rivlin 橡胶弹性模型