ansys怎么使用anand模型_ANSYS知识点讲解之五材料非线性分析

ANSYS知识点讲解之五、材料非线性分析

材料非线性概述

材料具有非线性的应力和应变关系。影响因素很多，如加载历史(如弹塑响应状态)、加载时间(如蠕变响应状态)、环境温度(如粘塑性状态)。以钢材Q235为例，在常规力学分析中是线弹性材料，在弯曲成型的情况下是塑性材料，在振动阻尼问题中式粘弹性材料。

在ANSYS中，材料非线性类型包括弹塑性、粘塑性、蠕变、超弹性、粘弹性、非金属、铸铁、混凝土材料等，具体如下：

1.弹塑性材料模型

ANSYS中提供了20种率无关塑性模型，包括多种屈服准则：Mises、Hill、广义Hill、Drucker-Prager；多种硬化方式：随动、各项同性、混合、双线性、多线性等。

主要运用的是以下四种：双线性随动强化(BKIN)，多线性随动强化(MKIN)，双线性等向强化(BISO)、多线性等向强化(MISO)

比如：双线性随动强化材料模型

点击Graph即可生成双线性等向强化曲线

2.粘塑性材料模型

物体在外载荷作用下应力状态达到临界值时，有屈服和流动现象的发生，如果其变形速率与介质的粘性相关时，则可统称为粘塑性体。其主要应用是高温金属形成过程，如轧制，这时涉及大塑性应变和大位移小弹性应变。

比如Anand模型

在ANSYS

粘塑性Anand模型中，共需要9个参数输入，注意，在定义粘塑性Anand模型前应该先定义材料的弹性模量和泊松比。

以硅铁(2%SiFe)为例，其相关粘塑性特性参数如下表所示：

3.蠕变材料模型

指在应力不变的情况下，应变随时间延长而增加的现象，蠕变和塑性一样，是不可恢复的。其中塑性变形通常是在应力超过弹性极限发生屈服后才出现，而蠕变只要当应力作用时间足够长，那么它在应力小于弹性极限时也能出现。

对于各种金属材料，其蠕变温度约为0.3Tm，其中Tm为熔化温度，以热力学温度来表示。通常碳素钢超过300~350摄氏度，合金钢在400~450摄氏度以上时才会有蠕变形为。

4.超弹性材料模型

如果存在弹性势能函数(应变能密度函数)，它是一个应变或变形张量，它对应变分量的导数是相应的应力分量，则这种材料叫做超弹性材料。超弹性材料的行为比金属材料行为要复杂得多，该模型可用于分析各种橡胶类、泡沫类材料，这种材料能够承受大应变和大位移，但体积改变极小(即材料不可压缩)，比如吹气球，又如橡胶按钮受压缩等，这种分析需用到大应变理论。

5.粘弹性材料模型

有不少工程材料，如高聚合材料、某些生物组织以及处于高速变形状态的金属材料，既具有弹性性质，又具有粘性性质，这种兼具两种性质的材料成为粘弹性体。

粘弹性类似于蠕变，蠕变在变形之后一般不能恢复，而粘弹性材料在载荷卸掉之后，部分变形还可以恢复，粘弹性组合了固体的弹性和液体的粘性两者的特征，常见的粘弹性材料是玻璃类、塑料类等材料。两种最基本的粘弹性体模型是Maxwell模型和Kevin模型，两种模型都具有其本身的本构方程，Maxwell模型为弹性元件和粘性元件串联，Kevin模型为弹性元件和粘性元件并联。

6.非金属塑性材料模型

比如混凝土(Concrete)、Drucker-Prager材料(适用于岩石、土壤等颗粒状材料)

Drucker-Prager材料模型参数的常数包括粘聚力(Cohesion)、内摩擦角(Fric Angle)和膨胀角(Flow Angle)，当Flow Angle=0时，材料不会发生膨胀，当Flow Angle=Fric Angle时，材料将发生严重膨胀。

7.铸铁

铸铁材料模型的基本情况如下：

(1)拉压两个方向上有不同的屈服强度、塑性流动特性和硬化特性。

(2)支持“应力——塑性应变”数据的输入，曲线拟合

(3)对于所有三种材料曲线拟合功能，其温度相关曲线拟合功能都可以各自采用独立的温度序列

(4)可以在各给定温度点执行曲线拟合、绘制输入实验数据曲线和拟合的曲线、将相应的数据和温度写入数据库。

注：铸铁材料模型仅用于简单负荷情况，不能够和任何其他材料模型一起使用。

铸铁在拉压情况下的响应是不一样的，拉压过程具有不同的屈服强度、塑性流动性和硬化特性。下图为铸铁的理想拉压响应曲线。