ANSYS本构关系.ppt

ANSYS中材料非线性中材料非线性ANSYS的四种典型的非线性材料分析的四种典型的非线性材料分析 介绍四种典型的非线性材料:1.经典双线性随动强化 BKIN2.双线性等向强化 BISO3.多线性随动强化 MKIN4.多线性等向强化 MISO（1）经典的双线性随动强化（）经典的双线性随动强化（BKIN）使用一个双线性来表示应力应变曲线，所以有两个斜使用一个双线性来表示应力应变曲线，所以有两个斜率，弹性斜率和塑性斜率，由于随动强化的率，弹性斜率和塑性斜率，由于随动强化的Vonmises屈屈服准则被使用，所以包含有鲍辛格效应，此选项适用于遵服准则被使用，所以包含有鲍辛格效应，此选项适用于遵守守VonMises屈服准则，初始为各向同性材料的小应变问屈服准则，初始为各向同性材料的小应变问题，这包括大多数的金属。题，这包括大多数的金属。需要输入的常数是屈服应力和切向斜率，可以定义高需要输入的常数是屈服应力和切向斜率，可以定义高达六条不同温度下的曲线。达六条不同温度下的曲线。注意：注意：1.使用使用MP命令来定义弹性模量命令来定义弹性模量2.弹性模量也可以是与温度相关的弹性模量也可以是与温度相关的3.切向斜率切向斜率Et不可以是负数，也不能大于弹性模量不可以是负数，也不能大于弹性模量在使用经典的双线性随动强化时，可以分下面三步来定义在使用经典的双线性随动强化时，可以分下面三步来定义材料特性。材料特性。1.定义弹性模量定义弹性模量2.激活双线性随动强化选项激活双线性随动强化选项3.使用数据表来定义非线性特性使用数据表来定义非线性特性（2）双线性等向强化（）双线性等向强化（BIS0）也是使用双线性来表示应力应变曲线，在此选也是使用双线性来表示应力应变曲线，在此选项中，等向强化的项中，等向强化的VonMises屈服准则被使用，屈服准则被使用，这个选项一般用于初始各向同性材料的大应变问这个选项一般用于初始各向同性材料的大应变问题。需要输入的常数与题。需要输入的常数与BKIN选项相同。选项相同。举例如下举例如下:MP,EX,1,200e9MP,NUXY,1,0.25MP,GXY,1,150e9TB,BISO,1TBDATA,1,300e6,2000e6（3）多线性随动强化（）多线性随动强化（MKIN）使用多线性来表示应力应变曲线，模拟随动强化效使用多线性来表示应力应变曲线，模拟随动强化效应，这个选项使用应，这个选项使用VonMises屈服准则，对使用双线性选屈服准则，对使用双线性选项（项（BKIN）不能足够表示应力应变曲线的小应变分析）不能足够表示应力应变曲线的小应变分析很有用。很有用。需要的输入包括最多五个应力应变数据点（用数据需要的输入包括最多五个应力应变数据点（用数据表输入），可以定义五条不同温度下的曲线。表输入），可以定义五条不同温度下的曲线。在使用多线性随动强化时，可以使用与在使用多线性随动强化时，可以使用与BKIN相同的步骤相同的步骤来定义材料特性，所不同的是在数据表中输入的常数不同，来定义材料特性，所不同的是在数据表中输入的常数不同，举例如下举例如下:MPTEMP，10，70MPDATA，EX，3，30ES，25ESTB，MK2N，3TBTEMP，STRA2NTBDATA，0.01，0.05，0.1TBTEMP，10TBDATA，30000，37000，38000TBTEMP，70TBDATA，225000，31000，33000（4）多线性等向强化（）多线性等向强化（MISO）使用多线性来表示使用使用多线性来表示使用VonMises屈服准则屈服准则的等向强化的应力应变曲线，它适用于比例加的等向强化的应力应变曲线，它适用于比例加载的情况和大应变分析。载的情况和大应变分析。需要输入最多需要输入最多100个应力应变曲线，最多可以定个应力应变曲线，最多可以定义义20条不同温度下的曲线。条不同温度下的曲线。其材料特性的定义步骤如下：其材料特性的定义步骤如下：1.定义弹性模量定义弹性模量2.定义定义MISO数据表数据表3.为输入的应力应变数据指定温度值为输入的应力应变数据指定温度值4.输入应力应变数据输入应力应变数据5.画材料的应力应变曲线画材料的应力应变曲线与与MKIN数据表不同的是，数据表不同的是，MISO的数据表对不同的数据表对不同的温度可以有不同的应变值，因此，每条温度曲的温度可以有不同的应变值，因此，每条温度曲线有它自己的输入表。线有它自己的输入表。ANSYS中混凝土本构关系一、关于模型一、关于模型钢筋混凝土有限元模型根据钢筋的处理方式主要分为三种，即分钢筋混凝土有限元模型根据钢筋的处理方式主要分为三种，即分离式、分布式和组合式模型。考虑钢筋和混凝土之间的粘结和滑移，离式、分布式和组合式模型。考虑钢筋和混凝土之间的粘结和滑移，则采用引入粘结单元的分离式模型；假定混凝土和钢筋粘结很好，不则采用引入粘结单元的分离式模型；假定混凝土和钢筋粘结很好，不考虑二者之间的滑移，则三种模型都可以；分离式和分布式模型适用考虑二者之间的滑移，则三种模型都可以；分离式和分布式模型适用于二维和三维结构分析，后者对杆系结构分析比较适用。裂缝的处理于二维和三维结构分析，后者对杆系结构分析比较适用。裂缝的处理方式有离散裂缝模型、分布裂缝模型和断裂力学模型，后者目前尚处方式有离散裂缝模型、分布裂缝模型和断裂力学模型，后者目前尚处研究之中，主要应用的是前两种。离散裂缝模型和分布裂缝模型各有研究之中，主要应用的是前两种。离散裂缝模型和分布裂缝模型各有特点，可根据不同的分析目的选择使用。随着计算速度和网格自动划特点，可根据不同的分析目的选择使用。随着计算速度和网格自动划分的快速实现，离散裂缝模型又有被推广使用的趋势。分的快速实现，离散裂缝模型又有被推广使用的趋势。就就ANSYS而言，可以考虑分离式模型（而言，可以考虑分离式模型（solid65+link8，认为混，认为混凝土和钢筋粘结很好，如要考虑粘结和滑移，则可引入弹簧单元进行凝土和钢筋粘结很好，如要考虑粘结和滑移，则可引入弹簧单元进行模拟，比较困难），也可采用分布式模型模拟，比较困难），也可采用分布式模型(带筋的带筋的solid65)。而其裂缝。而其裂缝的处理方式则为分布裂缝模型。的处理方式则为分布裂缝模型。二、关于本构关系二、关于本构关系混凝土的本构关系可以分为线弹性、非线性弹性、弹塑性及其它混凝土的本构关系可以分为线弹性、非线性弹性、弹塑性及其它力学理论等四类，其中研究最多的是非线性弹性和弹塑性本构关系。力学理论等四类，其中研究最多的是非线性弹性和弹塑性本构关系。混凝土破坏准则从单参数到五参数模型达数十个模型，或借用古典强混凝土破坏准则从单参数到五参数模型达数十个模型，或借用古典强度理论或基于试验结果等，各个破坏准则的表达方式和繁简程度各异，度理论或基于试验结果等，各个破坏准则的表达方式和繁简程度各异，适用范围和计算精度差别也比较大，给使用带来了一定的困难。适用范围和计算精度差别也比较大，给使用带来了一定的困难。就就ANSYS而言，其问题比较复杂。而言，其问题比较复杂。ANSYS混凝土的破坏准则与屈服准则是如何定义的？混凝土的破坏准则与屈服准则是如何定义的？采用采用tb,concr,matnum则定义了则定义了W-W破坏准则破坏准则(failurecriterion)，而，而非屈服准则非屈服准则(yieldcriterion)。W-W破坏准则是用于检查混凝土开裂破坏准则是用于检查混凝土开裂和压碎用的，而混凝土的塑性可以另外考虑（当然是在开裂和压碎之和压碎用的，而混凝土的塑性可以另外考虑（当然是在开裂和压碎之前）。理论上破坏准则前）。理论上破坏准则(failurecriterion)和屈服准则和屈服准则(yieldcriterion)是不同的，例如在高静水压力下会发生相当的塑性变形，表现为屈服，是不同的，例如在高静水压力下会发生相当的塑性变形，表现为屈服，但没有破坏。而工程上又常将二者等同，其原因是工程结构不容许有但没有破坏。而工程上又常将二者等同，其原因是工程结构不容许有很大的塑性变形，且混凝土等材料的屈服点不够明确，但破坏点非常很大的塑性变形，且混凝土等材料的屈服点不够明确，但破坏点非常明确。明确。定义定义tb,concrmatnum后仅仅是定义了混凝土的破坏准则和缺省的本后仅仅是定义了混凝土的破坏准则和缺省的本构关系，即构关系，即WW破坏准则、混凝土开裂和压碎前均为线性的应力应破坏准则、混凝土开裂和压碎前均为线性的应力应变关系，而开裂和压碎后采用其给出的本构关系。但屈服准则尚可另变关系，而开裂和压碎后采用其给出的本构关系。但屈服准则尚可另外定义，如外定义，如tb,MKIN,则定义的屈服准则是则定义的屈服准则是VonMises,流动法则、硬化流动法则、硬化法则也就确定了。法则也就确定了。lANSYS中SOLID65单元是专门为混凝土、岩石等抗压能力远大于抗拉能力的非均匀材料开发的单元。它可以模拟混凝土中加强钢筋（或玻璃纤维，型钢等），以及材料的拉裂和压溃现象。l与SOLID45的不同点：增加了针对于混凝土的性能参数和组合式钢筋模型。SOLID65单元最多可以定义3种不同的加固材料。混凝土材料具有开裂、压碎、塑性变形和蠕变的能力；加强材料则只能受拉压，不能承受剪切力。在混凝土到达其屈服面之前，SOLID65单元可以具有线弹性属性、多线性弹性或者是其他的塑性特性。本构关系有等强硬化模型、随动硬化模型和Drucker-Prager模型。但如果超出了混凝土的屈服面，则将丧失混凝土屈服性能。通过路径MainMenuPreprocessorMaterial PropsMaterial Models 定义随动强化和等向强化模型。