定义弹塑性和粘塑性材料

在许多工程应用中，可以将材料描述为具有弹塑性。弹塑性材料表现出对施加载荷的弹性响应，直到所承受的应力达到材料的屈服应力。超出屈服应力时，材料发生塑性变形。塑性变形不可逆，即在移除负载时不会恢复到原始形状。

当材料的塑性行为还取决于施加载荷的速率时（例如蠕变），可以将材料建模为粘塑性。粘塑性材料表现出粘滞效应（应变率灵敏度）和不可逆变形（塑性）。对于粘塑性模型，屈服应力不是固定值，但通常取决于应变率和温度。

要对弹塑性或粘塑性材料建模：
  1. 创建材料定律并将其分配给相关固体材料，如定义固体材料中所述。
  2. 右键单击材料定律 > [材料定律 1] > 模型节点，然后选择选择模型...
  3. 在 Material Law 1 Model Selection(材料定律 1 模型选择) 对话框中，激活以下模型：
    组合框 模型
    材料刚度模型 要顾及线性弹性行为，激活线性弹性体。
    线性弹性材料模型 选择以下某个选项：各向同性线性弹性体、正交各向异性线性弹性体或各向异性线性弹性体（有关准则，请参见定义线性弹性材料）。
    Material Strain Measures
    • 对于线性几何（非线性几何已停用），仅有选项是线性应变（小应变）。
    • 对于非线性几何（非线性几何已激活），激活格林-拉格朗日（小应变）（当塑性和总应变较小时）或对数（大应变）模型（当塑性和总应变较大时）。
    可选模型
    • 要考虑塑性行为，激活塑性。塑性模型与连续壳体不兼容。
    • 要考虑粘塑性行为，激活粘塑性。激活塑性时可用。
    • 要考虑包辛格效应，激活运动学硬化。包辛格效应定义了当施加应力的方向在变形后发生反转时的机械属性（特别是屈服应力）的变化。激活 J2 塑性时可用。
    塑性 激活 J2 塑性或 Hill 塑性。
    粘塑性 激活 Perzyna 粘塑性。
对于模拟中的每个材料，Simcenter STAR-CCM+ 会基于选定的模型将相关材料属性添加到材料属性节点下方。材料属性定义如下：
  1. 展开材料属性节点。
  2. 定义材料密度。
  3. 定义用于定义线性弹性行为的属性，例如泊松系数和杨氏模量。
  4. 要定义塑性行为，选择 Plastic Yield Stress(塑性屈服应力) 节点，然后将方法设为以下某个选项：
    • Linear Isotropic Hardening(线性各向同性硬化) — 屈服应力是 Eqn. (4633) 定义的塑性应变的线性函数。
    • 饱和硬化 - 屈服应力是 Eqn. (4634) 定义的塑性应变的非线性函数。
    • 表 (屈服应力, 塑性应变) - 通过将屈服应力和等效塑性应变指定为值表，可以直接定义应力-应变曲线。有关更多信息，请参见表 (屈服应力, 塑性应变)。
对于任何硬化模型，提供的应力-应变值取决于所选的材料应变测量（参见材料应变测量）。
  1. 要以正确的格式提供应力和应变值，使用应力-应变关系中的关系执行任何所需的转换。
如果要使用表 (屈服应力, 塑性应变)方法，则以正确的格式导入表。对于此方法，表条目应以 ε p = 0 开头，这对应于屈服应力 ( σ y )。有关更多信息，请参见表 (屈服应力, 塑性应变)。
  1. 右键单击工具 > 表，然后选择新建表 > 文件表。
    有关更多信息，请参见表。
  2. 根据选定的方法，展开塑性屈服应力 > [硬化方法]节点，然后定义下列物理量：
    方法 步骤
    Linear Isotropic Hardening(线性各向同性硬化) 使用常数值、空间不变表达式或场函数指定 sigmaY 和 H0。这些系数表示 Eqn. (4633) 中的 σY0 和 H0。如果 H0=0，材料是完全塑性的。
    Saturation Hardening(饱和硬化) 使用常数值、空间不变表达式或场函数指定 sigmaY_0、sigmaY_inf、H_bar、delta 和 m。这些系数表示 Eqn. (4634) 中的 σY0、σY∞、H¯、δ 和 m。
    表 (屈服应力, 塑性应变) 指定输入表和相应的列：屈服应力和列：等效塑性应变。

    有关更多信息，请参见材料定律模型参考。

  3. 对于 Hill 塑性，展开各向异性屈服应力比参数 > 各向异性屈服应力比节点，然后定义屈服应力比分量。
    默认屈服应力比会将 Hill 电势简化为 J2 电势（请参见弹塑性材料）。
  4. 要定义粘塑性行为，展开 Perzyna 参数 > Perzyna 参数节点，然后定义粘塑性速率系数和速率灵敏度指数（请参见粘塑性）。
    粘塑性速率系数和速率灵敏度指数都必须为正值。为帮助模拟收敛，建议将速率灵敏度指数设为大于 0.1 的值。
各向异性屈服应力比在局部参考系而不是全局参考系中定义。要定义局部参考坐标系的方向：
  1. 选择区域 > [区域] > 物理值 > 方向管理器 > 局部方向 > 主轴 1 和主轴 2 节点并设置值。
    如果不修改主轴 1 和主轴 2 节点，则使用全局参考坐标系计算各向异性屈服应力比。
可以在同一模拟文件中定义多个局部方位。要设置正确的局部方向：
  1. 选择物理值 > 材料定律方向 > 方向节点，然后设置方向。
    有关更多信息，请参见方向管理器和局部方向
  2. 如果已激活运动学硬化模型，选择固体 > [固体] > 材料属性 > 塑性运动学硬化节点，然后将方法设为以下选项之一：
    • Armstrong-Frederick 运动学硬化
    • 线性运动学硬化
  3. 对于所选的硬化方法，展开塑性运动学硬化 > [运动学硬化]节点，然后定义硬化属性。
    对于 Armstrong-Frederick 运动学硬化，可以定义硬化系数 (C) 和材料参数 (gamma)，而对于线性运动学硬化，则只能定义硬化系数。有关更多信息，请参见运动学硬化。