有限元分析:图解COSMOSWorks(Simulation)
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3.1 关于材料

在Simulation中,使用“材料模型”描述材料的功能,并确定所需的材料属性。材料模型描述材料的“应力-应变”关系。可用的材料模型取决于激活算例的类型,如表3-1所示。

表3-1 按激活算例的类型列出的可用材料模型

除上述材料模型外,还可以定义与温度相关的材料属性。

●对于“实体”装配体,每个零部件可能具有不同的材料。

●对于通过“使用曲面的外壳网格”选项定义的“外壳”模型,每个外壳具有不同的材料和厚度。

●对于通过“使用中面的外壳网格”选项定义的“外壳”模型,零件的材料可用于所有外壳模型。

材料属性可以指定为温度的函数,材料模型描述材料的“应力-应变”关系,在分析过程中,根据激活的算例类型决定可用的材料模型,下面按算例的类型列出可用的材料模型。

3.1.1 “结构”和“热力”算例使用的模型

“结构”和“热力”算例使用下列材料模型。

●“线性弹性同向性”材料模型。

●“线性弹性正交各向异性”材料模型。

3.1.2 “非线性”算例使用的模型

“非线性”算例使用下列材料模型。

(1)弹性模型。

弹性模型包括下列材料模型。

●“线性弹性同向性”材料模型。

●“线性弹性正交各向异性”材料模型。

●“非线性弹性”材料模型。

(2)塑性模型。

塑性模型包括下列材料模型。

●von Mises塑性(运动性与同向性)。

●Tresca塑性(运动性与同向性)。

●Drucker-Prager塑性。

(3)超弹性模型。

超弹性材料模型可用于为类似于橡胶材料建模,其中的解会涉及大变形。假设材料为非线性弹性、同向性,并且不可压缩。

这种材料的有限元素公式由于材料的不可压缩性而计算困难。根据压缩性在“应变能密度”函数中的引入,可以使用一种惩罚方法将附加自由度组合到整体刚度矩阵中。引入惩罚函数后,将“应变能”函数从不可压缩修改为接近不可压缩。

非线性分析所需的技术均适用于超弹性模型。载荷步长、网格大小和分布等需要仔细考虑。在某些情况下,尤其是没有经验时,只有通过试验和失败才会积累解决问题的经验。高阶要素(高品量)与低阶要素(草稿品质)相比,提供较高的计算稳定性。

超弹性模型包括下列材料模型。

●Mooney-Rivlin超弹性。

●Ogden超弹性。

●Blatz-Ko超弹性。

(4)黏弹性模型。

(5)蠕变模型。

(6)镍钛诺材料模型。

3.1.3 “跌落测试”算例使用的模型

跌落测试算例使用下列材料模型。

●线性弹性同向性模型。

●塑性模型:von Mises。