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动态力学本构模型

——动态冲击/切削/摩擦/爆炸/侵彻/电磁测试及有限元分析

 
 

一、动态力学本构模型简介

动态力学本构模型分析软件是一款解决动态力学中冲击及爆炸中遇到的电、磁、热、结构等多场耦合问题的定制化专业仿真分析工具。软件由阿基米德公司原始开发,核心价值在于参数化的网格模型与定制化的分析流程。

动态力学本构模型关键技术

1.材料本构模型:具体有弹性模型,弹塑性模型,Johnson-Cook模型,Zerilli-Armstrong模型,Steinberg-Guinan模型,HJC,RHT模型。本构模型描述的是材料的自身属性,可以反映材料在加工变形过程中的物理性能,同时也可以反映材料的热力学动态特性。本构模型反映的是应力与温度、应变、应变率之间的函数关系。温度变化,工件变形速度、变形程度对流动应力的影响很大,微小的变化都能引起流动应力显著变化。理想状态下,材料本构模型的衡量标准是对材料的加工硬化行为、应变率敏感性、温度敏感性、应变/应变率等物理性能的描述,目前看来,要完全达到这个标准是极其困难的。很多研究人员只考虑应变率敏感性、塑性变形等因素,但在理论公式求解过程中发现很难解释清楚。综合考虑这些因素,在实际工程中普遍采用通过实验构建的本构模型。
2.接触摩擦模型 在动态力学作用过程中,冲击体及工件乃至于工件和碎屑相互之间都存在着接触,有接触就会有摩擦,故一个正确的摩擦模型在有限元仿真中着至关重要的作用。在力学中,接触摩擦问题是一个非常复杂的问题,反映了高度非线性的边界条件,要研究接触摩擦问题就要确定物体在接触前的运动方式以及物体在接触后的相互作用,还要处理好工件接触面之间的摩擦和热传递。
3.分离准则 分离准则大致分为几何准则和物理准则,前者的分离判定原则取决于几何尺寸的变化,后者大多数以相关的物理量的临界值作为判定标准。一个合理的切屑分离准则,在材料选择完成后其值要独立于切削条件的变化,准确反应出在切削加工中工件材料的物理性质和力学性质。
4.质量放大技术 在准静态分析或某些动态分析中,为了提高有限元仿真分析计算效率,经常采用质量缩放的方法。

显示动态分析中有两种质量缩放方法:定比例质量缩放和变比例质量缩放。两种方法可以分开使用,也可以结合起来使用。质量缩放可用于整个模型,也可以用在单元组上。

动态力学本构模型

1 动力加载时的材料行为

2 工程数据提供的材料模型

3 材料变形

4 主应力

5 弹性响应

6 非线性响应

7 显式动力分析中有效的材料模型

8 弹性常数

9 物理属性和热属性

10 线弹性模型

10.1  各向同性弹性模型

10.2  正交各项异性弹性模型

10.3  粘弹性模型

11 超弹模型

12 塑性

12.1  塑性概述

12.2  双线性各向同性硬化/双线性随动硬化模型

12.3  多线性各向同性硬化/多线性随动硬化模型

12.4  Johnson Cook 强度模型

12.5  Cowper Symonds 强度模型

12.6  Steinberg Guinan强度模型

12.7  Zerilli Armstrong 强度模型

13 易碎/颗粒材料模型

13.1  Drucker-Prager 强度模型

13.2  Johnson-Holmquist 强度模型

13.2.1  Johnson-Holmquist 平滑过渡强度模型(JH2)

13.2.2  Johnson-Holmquist 分段强度模型(JH1)

13.3  RHT混凝土强度模型

13.4  MO Granular强度模型

14 状态方程

14.1  理想气体状态方程

14.2  状态方程属性

14.3  Mei-Gruneisen形式的状态方程

14.4  多项式状态方程

14.5  冲击状态方程

14.6  高能爆炸物

15 多孔材料模型

15.1  多孔材料模型概述

15.2  可压碎泡沫材料

15.3  线性压缩状态方程

15.4  非线性压缩状态方程

15.5  P-alpha 状态方程

16 失效模型

11  材料失效概述

12  塑性应变失效模型

13  主应力/应变失效模型

14  随机失效模型

15  拉伸压力失效模型

16  裂纹软化失效模型

17  Johnson Cook失效模型

18  Grady 散裂失效模型

3.1Johnson-Cook 材料模型及失效模型

  该模型一般用于描述大应变(large strains)、高应变率(high strain rates)、高温(high temperatures)环境下金属材料的强度极限以及失效过程。在Johnson-Cook强度模型中,屈服应力(yield stress)由应变、应变率以及温度决定。
JC模型的公式是基于实验得到的。

JC模型中,流动应力(flow stress)或屈服应力可以表示为以下形式:
Y = [A + Bε^n][1 + Clnε*][1 - T*^m]

  测试项目:
   1) J-C损伤模型(A\B\C\n\m) ;
   2) J-C损伤参数(D1~D5);
   3) J-C模型数据计算及有限元仿真 。

、有限元仿真分析实例

1.破片战斗部爆炸过程(以电爆试验为基础)

2.穿甲弹侵彻靶过程仿真(以电磁炮冲击及霍普金森杆为试验基础)

3.人体与安全气囊作用过程仿真(电爆测试为试验基础)

4.汽车碰撞仿真(动态结构霍普金森测试为实验基础)

5.长杆撞击过程仿真(泰勒杆及霍普金森杆试验为基础)

6.爆炸冲击波传播仿真(以电爆试验为基础)

7.超高速碰撞仿真(以电磁轨道炮为实验基础)


 

 
 

 

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