关于Gruneisen EOS的例题参看B.2.22,Null Material Gruneisen EOS Example:Aluminum。
7.2.6. 7 Zerilli-Armstrong 模型
该模型用于金属成形过程和高速冲击过程,这里应力与应变、应变率以及温度有关。Zerilli-Armstrong 模型对屈服应力表示如下:
对于面心立方金属:
对于体心立方金属:
这里
热容和温度的关系给定如下:
Zerilli-Armstrong模型也需定义一种状态方程。
用 MP 命令输入密度(DENS)、弹性模量(EX)和泊松比(NUXY)。用 TB ,EOS和 TBDATA 命令的第1-19项输入下列参数:
TB ,EOS,,,,3,EOSOPT TBDATA ,1,
(初始应变)
TBDATA ,2,N(体心立方金属的应变指数) TBDATA ,3,
(室温)
TBDATA ,4,PC(压力截断值)
TBDATA ,5,SPALL(破坏类型。SPALL=1.0,使用最小压力极限;SPALL=2.0,用最大主应力;SPALL=3.0,用最小压力截断值/)
TBDATA ,6, TBDATA ,7, TBDATA ,8, TBDATA ,9, TBDATA ,10, TBDATA ,11,
(流动应力系数) (流动应力系数) (流动应力系数) (流动应力系数) (流动应力系数) (流动应力系数)
TBDATA ,12, TBDATA ,13, TBDATA ,14, TBDATA ,15, TBDATA ,16, TBDATA ,17, TBDATA ,18, TBDATA ,19,
(失效应变) (温度系数) (温度系数) (温度系数) (热容系数) (热容系数) (热容系数), (热容系数)
当使用Zerilli-Armstrong模型时,可以定义三种状态方程的其中一种:线性多项式(EOSOPT=1),Gruneisen(EOSOPT=2),Tabulated(EOSOPT=3).每种方程都有它自己的常数,从 TBDATA 命令的第20项输入上述参数。关于三种状态模型方程的描述请参看§7.2.6, Equation of State Models.
7.2.6. 8 Steinberg 模型
该模型用于模拟带失效的实体单元的高应变率效应。屈服强度是温度和压力的函数.需定义一种状态方程。
Steinberg材料模型开始主要用于处理高应变率的塑性问题(
),这
里应变率变化对材料屈服应力的影响达到饱和。此模型中,剪切模量(G)和屈服强度( 时,G和
)都随压力的增大而增大而随温度的升高而降低。当材料达到熔点均为零。
模型中,材料熔化前剪切模量定义如下:
这里
,b,h和f都为试验确定的材料常数,p是压力,V是相对体积,
是
冷压缩能量:
是熔化能量:
其中熔化温度为
为
:
时的熔化温度。
在上述方程中, 定义为
,LS-DYNA在单位
这里R是气体常数,A是原子量。如果不定义
cm-gram-microsecond系统中用R计算。
屈服强度给定如下:
如果
超过
,
给定如下:
—初始塑性应变,如果
后,
超过了
,
设置为与
相等。材料熔化
和G均为初始值的一半。
,LS-DYNA将把冷压缩能作为
或 的函
如果输入时不定义系数
数定义为十项扩展多项式形式。它与输入变量FLAG有关:
这里 是第i个系数,并且, ,
用线性最小平方方法来完成这一配合。
有三种破坏模型表示拉伸载荷下材料的分裂、压碎和失效。SPALL=1,压力限制模型,限制静水应力在指定值 这一应力重新设置为
内。如果计算应力值比这一极限值大,
。此选项不仅限于散裂模型,因为偏应力不受到达拉
伸截断压力的影响,并且压力截断值在整个分析中保持不变。最大主应力破坏模型,SPALL=2,检查最大主应力 要求为负值,因为
超过极限值-
时材料的断裂。注意这里
在压缩时为正值,而 在拉伸时为正值。一旦在模型
中检查有破坏情况,偏应力重新设为0,而不允许有静水压力(p<0)。计算出拉伸应力时,它们在破坏材料中重新设为0,这样的话,破坏模型就类似一种橡胶或无凝聚力材料。静水应力破坏模型,SPALL=3,检测压力超过了指定极限 时的破坏情况。一旦检测到破坏,偏应力重新置为0,而压力的非零值要求为压缩时的值(正值)。如果随后考虑静水应力(p<0),那个单元的压力值重置为0。
用 MP 命令输入剪切模量(GXY)和密度(DENS)。用 TB ,EOS和 TBDATA 命令的1-28项输入上述等式中的参数:
TB ,EOS,,,5,EOSOPT TBDATA ,1, TBDATA ,2,
(初始屈服应力) (硬化系数)
TBDATA ,3,n(硬化参数)
TBDATA ,4, (初始塑性应变) TBDATA ,5,
(最大屈服应力)
TBDATA ,6,b(剪切模量参数) TBDATA ,7,
(Steinberg屈服强度参数)
TBDATA ,8,h (Steinberg屈服强度参数) TBDATA ,9,f(Steinberg 指数系数) TBDATA ,10,A(原子量) TBDATA ,11, TBDATA ,12,
(绝对熔化温度) (熔化温度参数)
TBDATA ,13,a(熔化温度参数) TBDATA ,14,PC(压力截断值
)
TBDATA ,15,SPALL(Spall 类型。SPALL=1,使用压力极限破坏模型;SPALL=2,使用最大主应力破坏模型;SPALL=3,使用静水应力模型。)
TBDATA ,16,FLAG (冷压缩能量标记)
TBDATA ,17,MMN(最小体积模量) TBDATA ,18,MMX(最大体积模量) TBDATA ,19-28,
(冷压缩能量常数)
使用Steinberg模型时,可以定义三种状态方程的其中一种:线性多项式(EOSOPT=1),Gruneisen(EOSOPT=2),Tabulated(EOSOPT=3)。每种方程都有它自己的常数,从 TBDATA 命令的第29项开始输入上述参数。关于三种状态模型方程的描述请参看7.2.6, Equation of State Models.
关于Gruneisen EOS的例题参看B.2.23, Steinberg Gruneisen EOS Example:Stainless Steel。
7.2.7 离散单元模型 7.2.7.1 线弹性弹簧模型
该模型提供了两个节点间的平移或旋转弹性弹簧。用 TB ,DISCRETE,,,,0和 TBDATA 命令的第一项输入弹簧弹性刚度:
TB ,DISCRETE,,,,0
TBDATA ,1,KE(弹性刚度(力/位移)或(力矩/转动惯量)) 7.2.7.2 通用非线性弹簧模型
该模型提供了两个节点间的通用非线性平移和转动弹簧,可承受任意加载或卸荷。用户可以定义硬化和软化特性,用 TB ,DISCRETE,,,,5和 TBDATA 命令的1-5项输入模型参数:
TB ,DISCRETE,,,,5
TBDATA ,1,LCDL(加载时,定义力与位移或力矩与转动惯量的载荷曲线ID) TBDATA ,2,LCDU(卸载时,定义力与位移或力矩与转动惯量的载荷曲线ID) TBDATA ,3,BETA(硬化参数)
TBDATA ,4,TYI(拉伸时的屈服应力(=0:伴随有应变软化的拉伸或压缩屈服; 0,没有应变软化的动态硬化;=1:没有应变软化的各向同性硬化。))
TBDATA ,5,CYI(压缩时的初始屈服应力(〈0〉) 7.2.7.3 非线性弹性弹簧模型
该模型提供了具有任意力/位移或力矩/转动惯量的非线性弹性平移或转动弹簧。用 TB ,DISCRETE,,,,3和 TBDATA 命令的1-2项输入模型参数:
TB ,DISCRETE,,,,3
TBDATA ,1,LCID(载荷曲线ID(力与位移或力矩与转动惯量)) TBDATA ,2,LCR(可选载荷曲线号,描述了力或力矩分别作为相对速度或角速度的函数的比例因子。)
7.2.7.4 弹塑性弹簧模型