LS-DYNA中的操作及设置(二)(有效塑性应变,环境变量,状态方程)


本文翻译自官方文档,原文链接:

https://www.dynasupport.com/howtos/general


一、有效塑性应变(Effective plastic strain)

       有效塑性应变是一个单调增加的标量值,是变形率张量中的塑性部分(Dp)ij的函数,以张量形式表示如下:

       epspl=integral over time of (depspl)=integral[sqrt(2/3(Dp)ij*(Dp)ij)]*dt

       当材料处于屈服状态,也就是说应力状态位于屈服面上时,有效塑性应变就会不断增加。

       相反,LS-DYNA中输出的应变张量值(*DATABASE_EXTENT_BINARY中的STRFLG参数为1时输出)并不一定是单调增加的,因为它反应的是模型整体在当前状态下的变形状态,包括弹性和塑性两部分。点击Fcomp > Strain可以显示应变张量的云图。

       有效应变与有效塑性应变是不同的,它的张量表示是( p. 461 of LS-DYNA Theory Manual 2006):

       sqrt(2/3(eps)ij*(eps)ij)

       LS-DYNA中还可以显示其他种类的应变,都是通过节点位移计算而来,例如:

       FCOMP > Infin 

       FCOMP > Green

       FCOMP > Almansi

二、环境变量(Environment variables)

       **仅适用于UNIX系统**

       940.1版本的LS-DYNA中引入了如下环境变量:

       LSTC_FILE:用来定义许可证文件

       默认文件目录为:/usr/local/lstc/LSTC_FILE,可以使用setenv LSTC_FILE (license file name) 命令来指定文件名。

       LSTC_SECURE:用来定义许可证文件的格式

       目前支持三种文件格式:old,new和eta。若不设置这一环境变量,程序将全部检查这三种格式。也可以通过如下命令指定检查格式:

       setenv LSTC_SECURE old

       setenv LSTC_SECURE new

       setenv LSTC_SECURE eta

       LSTC_DEFGEO:以Chrsyler's格式输出ASCII文件DEFGEO

不设置这一变量时程序将输出标准LS-DYNA格式;要输出Chrsyler's格式则应使用如下命令:

       setenv LSTC_DEFGEO chrysler

       LSTC_OUTPUT:定义输出文件的格式

       除了LS-DYNA标准格式,程序还支持其他的一些格式,但这一命令一般只有一些有特殊需求的用户使用,例如:

       setenv LSTC_OUTPUT ge

       LSTC_FORMAT:定义d3plot 和 d3thdt 文件的格式

       这一命令可以让用户指定输出的二进制文件格式为ANSYS格式或ANSYS+LS-DYNA格式,默认情况下输出标准LS-DYNA格式。输出ANSYS格式:

       setenv LSTC_FORMAT ansys

       输出ANSYS+LS-DYNA格式:

       setenv LSTC_FORMAT taurus+ansys

       此外,用户也可以使用关键字*DATABASE_FORMAT来进行相关设置。

       LSTC_BINARY:定义d3plot 和 d3thdt文件的大小为32位IEEE

       用户可以使用这一命令来减小由64位设备输出的文件大小,不设置的话则默认与设备的字节长度一致。调用命令如下:

       setenv LSTC_BINARY 32ieee

       此外,用户也可以使用关键字*CONTROL_OUTPUT来进行相关设置。

       LSTC_MEMORY:控制内存扩展

       用户可以使用命令行MEMORY来设置默认内存大小,此变量有两个选项。auto选项适用于自适应运行方式,这种情况下程序会自动进行内存扩展,只用于金属成型仿真,不能用于压溃类仿真;heap选项是转为CARY(克雷)计算机设计的,可以使程序在初始化之后将克雷计算机的内存降低到最小值。

       setenv LSTC_MEMORY auto

       setenv LSTC_MEMORY heap

三、状态方程(Equation of state)

       在某些情况下,需要使用状态方程来精确模拟材料的变形行为。状态方程可以通过计算材料所受压力与密度(有时还有能量和温度)之间的关系来确定材料的变形行为。需要使用状态方程的情形主要有应变率非常高、材料所受压力远高于屈服应力以及冲击波的传播等。实际上,这些情况一般都是同时出现的。

       对于非气态材料来说,*EOS_LINEAR_POLYNOMIAL 和 *EOS_GRUNEISEN是最常用的两种状态方程。Gruneisen的参数对于包括金属在内的许多材料都是适用的。

       在物体受力时,总应力是偏应力和压力的总和,平均应力(sig1 + sig2 + sig3)/3等于压力。对于不考虑状态方程的本构模型,程序会直接计算主应力,主应力的压力分量只与体积应变有关。例如,对于弹性材料来说,p = K * mu,其中K为体积模量,mu = rho/rho0 - 1。

       对于考虑状态方程的模型来说,材料本身的本构模型会计算总应力的偏应力分量,而状态方程则会计算压力分量。

       注意,状态方程只适用于连续介质单元(*ELEMENT_SHELL with shell type 13, 14, or 15 or *ELEMENT_SOLID),并且材料模型为需要EOS的*MAT_。

       如果你在使用需要EOS的本构模型,可以利用*EOS_LINEAR_POLYNOMIAL来实现简单的体积行为(bulk behavior),此时需要设置C1为体积模量,其他参数均为0。只有在应变率处于中等水平的情况下才建议使用这一办法,汽车碰撞模型中的应变率即为中等水平。

       Zukas (1990, John Wiley and Sons)出版的High Velocity Impact Dynamics是一本有关材料高应变率变形行为的不错的参考书。

       可以在这一文献中查找大约50种材料模型的EOS参数:"Equation of State and Strength Properites of Selected Materials", Danial J. Steinberg, Lawrence Livermore National Laboratory, 1991 (Change 1 issued 1996), UCRL-MA-106439. 

       至于*EOS_TABULATED_COMPACTION 和 *EOS_TABULATED这两种类型的关键字,用户手册中讲的不太具体,以下是几点注意事项:

       1.eVi这一项(曲线的横坐标)表示的是ln(relative volume),在压缩时是负值;

       2.eVi = ln(relative volume) 这个值应该是降序排列的,也就是首先是拉伸对应的正值,最后是压缩对应的负值。

       3.压缩时压力为正。当gamma=0时,Ci等于加载曲线中的压力值,所以应该和eVi的符号相反。

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