ANSYS显式动力学材料模型——Brittle/Granular
软件: ANSYS
Ansys 显式动力学中的材料模型技术综述：DruckerPrager、JohnsonHolmquist与RHT Concrete
引言
在Ansys显式动力学分析中，材料的行为模拟是确保模型准确反映实际工况的关键。本文将对用于模拟干燥的土壤、岩石、混凝土和陶瓷材料行为的三个关键模型进行深入探讨：DruckerPragerStrength Linear、JohnsonHolmquist Strength Continuous与RHT Concrete Strength，并对其特性、应用以及在模拟脆性与非脆性材料在动态载荷下表现的能力进行详细介绍。
DruckerPrager Strength Linear
在Ansys ANSYS 显式动力学中，DruckerPragerStrength Linear 模型是一个广泛应用于模拟岩石、混凝土、和陶瓷等材料行为的模型。这一模型特别关注这些材料中的内聚力和压实行为，通过定义一个与压实压力相关的简化的屈服应力函数，描述材料抗剪阻力随应力增加的变化情况，直至达到由理论计算或实验设定的屈服点。
特点与应用
线性函数的屈服应力与压力相关：材料的屈服应力直线上升，直到达到确信度下的最大值。这种关系使得模型在技术上易于处理和计算，且满足理想塑性模型的性质。仅支持实体单元，提供对动态条件下的行为预测。
无法考虑体积效应变化：虽然模型考虑了压力变化下的材料响应，但其流动法则主要关注温度和张量场的相关处理，不包括与体积效应相关的退化或增益过程。
JohnsonHolmquist Strength Continuous & Segmented
JohnsonHolmquist Strength 是专门设计用于模拟脆性材料在极高压、高剪切应变和快速加载条件下的响应的模型。此模型解释了材料的强度作为完整强度、断裂强度、损伤水平和应变率函数的变化过程，并包含了以1.0/秒作为参考值归一化后的有效塑性应变率空间。
特点与应用
全系列损伤状态：模型描述损伤和其他状态变量随时间的发展，通过引入损伤过程来捕捉脆性材料的强度衰减，不同于线性或动力学材料模型的突变式风险处理。
时间段划分的模型：提供连续和分段两种形式，增强模型的灵活性，允许用户根据特性调整模型细节。同时，JHS 经过简化，适合与多项式状态方程和线弹性体结合使用。
为了避免软化模型之间的技术挑战：通过对比发现，逐步软化模型（如 JH2）可能与现有实验数据不一致，因此JH1模型可能以其简单的线性段描述材料刚度更加贴切。
RHT Concrete Strength
RHT Concrete Strength 模型是由 Riedal等人提出的一种针对混凝土的高级脆性材料塑性模型，特别适用于模拟混凝土在动态加载条件下的行为。除了传统的压力硬化特性，该模型还考虑了密度硬化和剪切模量随密度变化的影响。
特点与应用
动态加载情景的精准描述：通过考虑混凝土在动态条件下的强度变化，该模型能够有效地预测混凝土薄壁结构、道路和桥梁等基础设施在高强度冲击下的力学响应，并且同样适用于岩石和陶瓷材料动态加载行为的模拟。
功能多样性：RHT Concrete Strength 模型不仅提供传统的压力硬化特性，还考虑开关型变形过程的密度和剪切模量的依赖性，这不仅适用于混凝土，还广泛适用于其他脆性材料。
引言
在Ansys显式动力学分析中，材料的行为模拟是确保模型准确反映实际工况的关键。本文将对用于模拟干燥的土壤、岩石、混凝土和陶瓷材料行为的三个关键模型进行深入探讨：DruckerPragerStrength Linear、JohnsonHolmquist Strength Continuous与RHT Concrete Strength，并对其特性、应用以及在模拟脆性与非脆性材料在动态载荷下表现的能力进行详细介绍。
DruckerPrager Strength Linear
在Ansys ANSYS 显式动力学中，DruckerPragerStrength Linear 模型是一个广泛应用于模拟岩石、混凝土、和陶瓷等材料行为的模型。这一模型特别关注这些材料中的内聚力和压实行为，通过定义一个与压实压力相关的简化的屈服应力函数，描述材料抗剪阻力随应力增加的变化情况，直至达到由理论计算或实验设定的屈服点。
特点与应用
线性函数的屈服应力与压力相关：材料的屈服应力直线上升，直到达到确信度下的最大值。这种关系使得模型在技术上易于处理和计算，且满足理想塑性模型的性质。仅支持实体单元，提供对动态条件下的行为预测。
无法考虑体积效应变化：虽然模型考虑了压力变化下的材料响应，但其流动法则主要关注温度和张量场的相关处理，不包括与体积效应相关的退化或增益过程。
JohnsonHolmquist Strength Continuous & Segmented
JohnsonHolmquist Strength 是专门设计用于模拟脆性材料在极高压、高剪切应变和快速加载条件下的响应的模型。此模型解释了材料的强度作为完整强度、断裂强度、损伤水平和应变率函数的变化过程，并包含了以1.0/秒作为参考值归一化后的有效塑性应变率空间。
特点与应用
全系列损伤状态：模型描述损伤和其他状态变量随时间的发展，通过引入损伤过程来捕捉脆性材料的强度衰减，不同于线性或动力学材料模型的突变式风险处理。
时间段划分的模型：提供连续和分段两种形式，增强模型的灵活性，允许用户根据特性调整模型细节。同时，JHS 经过简化，适合与多项式状态方程和线弹性体结合使用。
为了避免软化模型之间的技术挑战：通过对比发现，逐步软化模型（如 JH2）可能与现有实验数据不一致，因此JH1模型可能以其简单的线性段描述材料刚度更加贴切。
RHT Concrete Strength
RHT Concrete Strength 模型是由 Riedal等人提出的一种针对混凝土的高级脆性材料塑性模型，特别适用于模拟混凝土在动态加载条件下的行为。除了传统的压力硬化特性，该模型还考虑了密度硬化和剪切模量随密度变化的影响。
特点与应用
动态加载情景的精准描述：通过考虑混凝土在动态条件下的强度变化，该模型能够有效地预测混凝土薄壁结构、道路和桥梁等基础设施在高强度冲击下的力学响应，并且同样适用于岩石和陶瓷材料动态加载行为的模拟。
功能多样性：RHT Concrete Strength 模型不仅提供传统的压力硬化特性，还考虑开关型变形过程的密度和剪切模量的依赖性，这不仅适用于混凝土，还广泛适用于其他脆性材料。
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