LS-Dyna中材料应变率的处理方式
对于弹塑性材料来说,应变的变化快慢会影响到材料的塑性行为,高应变率会导致材料的动力硬化行为,这种情况下必须考虑应变率对材料特性的影响(如高速碰撞)。
LS-DYNA 提供 4 种常用方式来考虑应变率的影响:Cowper-Symonds 方式、幂指数方式、屈服应力为应变率的函数方式和不同应变率的硬化曲线以表的方式输入。当然还可应用其它的公式来考虑应变率的影响,如 JOHNSON-COOK 方式,如 15 号材料*MAT_JOHNSON_COOK。
1、Cowper-Symonds 方式
屈服应力通过下面的公式来计算:
C 和 P 为用户定义的应变率参数,如对于某种钢来说可定义他们为 40 和 6,对各种材料应变率参数的确定可参考相关材料手册。
2、幂指数方式
考虑应变率影响的屈服应力由下面公式确定:
用户定义应变率参数 n。
3、屈服应力为应变率的函数方式
定义一条曲线说明屈服应力(有时是屈服应力缩放因子)与应变率的关系,如图:
4、不同应变率的硬化曲线以表的方式输入
即把不同应变率下的有效应力应变曲线以表的方式输入,来考虑应变率的影响,如图:
缺省状态下,考虑应变率的影响都是缩放屈服应力方式,通过设置参数 VP=1(在所有考虑应变率影响的材料模型中都有该参数)来激活粘塑性公式,结合缩放屈服应力方式处理应变率的影响。建议在大多数的应用中使用该方式,因为加入粘塑性公式可以减少考虑应变率时的响应噪声,并保证在不同硬件平台上结果的一致性,当然也会增加一定的 CPU 开销。
上面提到的几种材料模型都可考虑应变率的影响,此外还有一种材料可以很方便的考虑应变率的影响:19 号材料*MAT_STRAIN_RATE_DEPENDENT_PLASTICITY,该材料模型不仅可以考虑应变率对屈服应力的影响,还可以考虑应变率对弹性模量、切线模量和 VonMises 失效应力的影响。