ANSYS显式动力学材料模型——Plasticity
软件: ANSYS
ANSYS 显式动力学分析中的材料模型：塑形特性与热效应
在先进的数值模拟，尤其是涉及猛烈碰撞、高速变形、高温应力和应变率增大的情况下，选择适宜的材料模型对于预测结构行为至关重要。ANSYS 软件在提供广泛的材料模型用于显式动力学分析，以适应不同类型的力学行为。本文专注于塑形材料模型及其在假设环境中、热效应以及温度依赖性方面的特性。
双线性和多线性各向同性硬化模型
双线性各向同性硬化模型 （Bilinear isotropic hardening） 是一个用于大应变分析的基本模型。该模型要求用户提供屈服强度和切向模量，并通过双线性应力应变曲线对其进行配置。第一段曲线的斜率对应于杨氏模量，第二段的斜率则为切向模量。这种模型能够在一定程度上模拟材料的硬化行为，在实际应用中被限制于单一高温情况下的塑性失败模拟。
多线性各向同性硬化模型 （Multilinear isotropic hardening） 提供了更为复杂的硬化行为模型，允许多个应力应变数据点，通过若干线段描述材料在复杂负载历史（如周期性或不成比例负载）下的应力应变响应。必须以塑性应变和应力形式提供数据，并确保曲线在首次屈服时呈零塑应变和屈服应力状态。模型在网上点之后假设斜率为零，并且所有线段斜率都必须大于零。支持在实体单元显式动力学系统最多定义10个应力应变数据点，虽然直接支持温度依赖性质有限，但JohnsonCook模型可用于描述温度变化对塑形的影响。
亲弹性硬化模型
双线性亲弹性硬化模型 （Bilinear kinematic hardening） 假设总应力范围等于两倍于屈服应力，以考虑包辛格效应。适用于遵循vonMises屈服准则的材料（特别是大多数金属），其切向模量限制为不能小于零或大于弹性模量。
多线性亲弹性硬化模型 （Multilinear kinematic hardening） 专为模拟周期性载荷下的金属表性设计。该模型规定了以塑性应变和应力形式提供数据的初始点，图形线段的斜率在最后一点需要为零，并且不允许斜率小于零。支持在显式动力学系统中定义最多10个应力应变数据点，该模型同样要求特定的热容属性以适应非线性随温度变化的行为。
温度和应变率依赖塑形模型
JohnsonCook强度模型 （JohnsonCook strength） 是用来描述材料（尤其是金属）在大变性、高应变率和高温条件下的行为的模型。该模型能够通过与其他状态方程和失效特性的结合，适用于各种应变历史和应力环境，允许在所有单元类型中使用。为了准确预测温度变化对强度的影响，应定义特定的热容属性，以引导热软化效应的计算。
CowperSymonds强度模型 （CowperSymonds strength） 的推出旨在针对应变率相关各向同性材料的塑性行为设置正确的屈服强度参数，需考虑单位应变速率设定情况下对应变速率常数的选择，这一模型同样适用于所有单元类型，并具备与不同状态方程和失效特性的兼容性。
SteinbergGuinan强度模型 （SteinbergGuinan strength） 借鉴实验数据，特别关注于大型碰撞加载情况下的应变率效应、压力依赖性和温度变化的熔化效应，这是通过建立严格的力学公式来实现的。为精确预测该模型中涉及的压力依赖、内能（温度）以及应变率效应的交互作用，用户同样需要定义特定的热容属性。
ZerilliArmstrong强度模型 （ZerilliArmstrong strength） 提供了一种经过改进的JohnsonCook模型，聚焦于更为复杂的本构关系，采用位错动力学研究，以更加精确地满足OFHC铜等材料的泰勒测试需求。此模型扩大了适用材料范围（尤其是面心立方材料） 和结构类型，以及热激活分析和颗粒大小参数对结构塑形行为的影响，特别是在大应变、高速率作用下的准确性，对体心立方和隐定立方晶格结构表现出不同的热激活性和应变率硬化效应。
在先进的数值模拟，尤其是涉及猛烈碰撞、高速变形、高温应力和应变率增大的情况下，选择适宜的材料模型对于预测结构行为至关重要。ANSYS 软件在提供广泛的材料模型用于显式动力学分析，以适应不同类型的力学行为。本文专注于塑形材料模型及其在假设环境中、热效应以及温度依赖性方面的特性。
双线性和多线性各向同性硬化模型
双线性各向同性硬化模型 （Bilinear isotropic hardening） 是一个用于大应变分析的基本模型。该模型要求用户提供屈服强度和切向模量，并通过双线性应力应变曲线对其进行配置。第一段曲线的斜率对应于杨氏模量，第二段的斜率则为切向模量。这种模型能够在一定程度上模拟材料的硬化行为，在实际应用中被限制于单一高温情况下的塑性失败模拟。
多线性各向同性硬化模型 （Multilinear isotropic hardening） 提供了更为复杂的硬化行为模型，允许多个应力应变数据点，通过若干线段描述材料在复杂负载历史（如周期性或不成比例负载）下的应力应变响应。必须以塑性应变和应力形式提供数据，并确保曲线在首次屈服时呈零塑应变和屈服应力状态。模型在网上点之后假设斜率为零，并且所有线段斜率都必须大于零。支持在实体单元显式动力学系统最多定义10个应力应变数据点，虽然直接支持温度依赖性质有限，但JohnsonCook模型可用于描述温度变化对塑形的影响。
亲弹性硬化模型
双线性亲弹性硬化模型 （Bilinear kinematic hardening） 假设总应力范围等于两倍于屈服应力，以考虑包辛格效应。适用于遵循vonMises屈服准则的材料（特别是大多数金属），其切向模量限制为不能小于零或大于弹性模量。
多线性亲弹性硬化模型 （Multilinear kinematic hardening） 专为模拟周期性载荷下的金属表性设计。该模型规定了以塑性应变和应力形式提供数据的初始点，图形线段的斜率在最后一点需要为零，并且不允许斜率小于零。支持在显式动力学系统中定义最多10个应力应变数据点，该模型同样要求特定的热容属性以适应非线性随温度变化的行为。
温度和应变率依赖塑形模型
JohnsonCook强度模型 （JohnsonCook strength） 是用来描述材料（尤其是金属）在大变性、高应变率和高温条件下的行为的模型。该模型能够通过与其他状态方程和失效特性的结合，适用于各种应变历史和应力环境，允许在所有单元类型中使用。为了准确预测温度变化对强度的影响，应定义特定的热容属性，以引导热软化效应的计算。
CowperSymonds强度模型 （CowperSymonds strength） 的推出旨在针对应变率相关各向同性材料的塑性行为设置正确的屈服强度参数，需考虑单位应变速率设定情况下对应变速率常数的选择，这一模型同样适用于所有单元类型，并具备与不同状态方程和失效特性的兼容性。
SteinbergGuinan强度模型 （SteinbergGuinan strength） 借鉴实验数据，特别关注于大型碰撞加载情况下的应变率效应、压力依赖性和温度变化的熔化效应，这是通过建立严格的力学公式来实现的。为精确预测该模型中涉及的压力依赖、内能（温度）以及应变率效应的交互作用，用户同样需要定义特定的热容属性。
ZerilliArmstrong强度模型 （ZerilliArmstrong strength） 提供了一种经过改进的JohnsonCook模型，聚焦于更为复杂的本构关系，采用位错动力学研究，以更加精确地满足OFHC铜等材料的泰勒测试需求。此模型扩大了适用材料范围（尤其是面心立方材料） 和结构类型，以及热激活分析和颗粒大小参数对结构塑形行为的影响，特别是在大应变、高速率作用下的准确性，对体心立方和隐定立方晶格结构表现出不同的热激活性和应变率硬化效应。
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