Altair Radioss材料库和拟合工具技能入门与进阶
- 作者优秀
- 优秀教师/意见领袖/博士学历/特邀专家/独家讲师
- 平台推荐
- 内容稀缺
作者 | 机械工业出版社
导读：Radioss是著名的通用CAE仿真软件，其具备显式、隐式求解器，拥有拉格朗日、欧拉、ALE、SPH等算法，及有限元、有限体积、边界元等数值处理技术；可用于解决结构的几何非线性（大位移、大转动和大应变）、材料非线性和接触非线性等非线性问题；也可以用于计算动载荷、静载荷下的结构、流体、流固耦合等复杂问题。它特别适合于求解结构的强度、刚度、噪音NVH、碰撞/鸟撞、被动安全/结构耐撞性、爆炸/冲击、穿甲、跌落、陆地/水上迫降，高频振动、超高速碰撞等瞬态非线性动力问题。工业应用中使用到不同的材料，比如金属，塑料，橡胶，泡沫等等，这些材料分别有各种不同的力学属性，比如金属的弹塑性，橡胶的超弹性或者粘弹性，这些力学属性都需要不同的材料模型去描述。金属和很多硬质塑料通常使用弹塑性的材料本构，主要描述金属在加载过程中的应力应变关系，金属在加载过程中由弹性阶段进入塑性阶段，塑性阶段形成的塑性应变是不可逆的永久变形，达到了材料强度后进入颈缩软化阶段，延性金属会有个较为明显的软化阶段，而脆性金属则很快断裂。在动态非线性分析中，比如冲击碰撞下，结构变形吸收的能量是一个很重要的指标，结构变形的能量其实就是这些弹塑性材料的应力应变曲线形成的面积，所以正确的描述材料的应力应变关系，包括失效位置可以保证动态仿真的精度。为了得到材料的正确的应力应变关系，需要通过相应的做相应的拉伸试验，还需要正确的处理这些试验数据，最终得到用于仿真的材料参数。这部分工作也是非常重要的。金属材料通常是考虑为各向同性的，但是由于生产工艺（轧制）金属的各向异性不能忽略，常见的用于金属的各向异性材料模型有HILL，有Barlat 2000（用于挤压铝）等，在考虑各向异性时材料的拉伸试验也必须相应的做不同材料方向的拉伸试验，常见的有与材料方向成0都，45都和90度夹角的试片试验。金属材料的失效模型有些以能量，有些以应变为评判失效的标准。常用的以塑性应变为失效评判的标准。由很多试验表明金属的不同应力状态下的失效应变也不同，甚至差别很大，为了更好的描述这个属性，可以使用基于应力三轴度的失效模型，在Radioss中有很多，比如常见的是BIQUAD，TAB1失效模型。硬质塑料材料模型类似金属材料，但是如果塑料是短纤维加筋时需要特殊处理。短纤维加劲材料会表现出各向异性，然而由于这种材料在生产过程中的短纤维流动状态导致纤维方向各不相同，为了很好的描述这样的属性，最好使用InspireMold等工艺仿真软件做工艺仿真，将得到的短纤维的分布通过MultiscaleDesgine映射各向异性的材料属性，形成的卡片应用到Radioss的冲击碰撞模型中，可以大大提高仿真精度。橡胶是一种聚合物材料，可以进行弹性变形，并恢复到以前的尺寸。当在恒定温度下变形时，应力是一个关于当前应变有关而与加载过程（速率/形式）无关。可形成封闭可逆的循环载荷。橡胶常常使用超弹性的材料本构，超弹性的材料本构有很多，常见是Ogden本构，这些超弹性的本构实际都是用数学的方法描述超弹性材料的工程应力应变关系。工程应力应变曲线同样来源于试验，单轴拉伸，平面应变拉伸和双轴拉伸试验，再使用Ogden的应变能的公式拟合出相应的（α，μ）参数对。
三、其他材料
在家电包装行业用到很多瓦楞纸材料，这些材料的特殊夹层设计导致材料的各向异性，这个设计也是为了能更好的在跌落或者碰撞过程中能吸收更多的能量。在Radioss中有基于Xia理论的瓦楞纸的材料本构，这个材料本构可以通过曲线输入来描述瓦楞纸的屏幕内外的压缩拉伸和剪切。另外Radioss中还有用于描述夹层玻璃的失效模型ALTER，这个模型的理论是基于Alter教授提出的夹层玻璃失效机制，如下图所示裂纹先由外层产生最好再由内存产生。这个模型可以很好的描述行保中头部撞击风挡的工况。
四、材料库和拟合工具
在日常的仿真工作中我们越来越认同材料数据的重要性，材料数据很多时候极大的影响仿真的精度，为了提高仿真精度很多企业成立专门的部门做材料的对标工作，从基础材料试验到构件试验到整体验证，这个过程耗费了大量的金钱和人力。另一方面我们的材料生产商本身是需要做这些基础材料试验用于标定他们的产品质量，但是少有直接提供仿真需要的材料参数给他们的材料使用客户。
为了减轻仿真工程师的工作量，为了降低公司的成本，为了让材料供应商高质量的服务现有的和潜在的客户，Altair建立了这样一个统一的材料数据库平台AMDC，在这里有大量的高质量的材料数据，可以直接用于仿真并且材料数据可追溯。
另外如果客户自有实验室，或者得到试验数据而需要处理这些材料试验数据， 那么AMDC还有一个自带的材料拟合工具（Material Modeler）。这个拟合工具是用Altair Compose编写的用于自动化，快速处理试验数据形成材料卡片的工具。不同材料有不同的材料本构，这个拟合工具支持超弹性材料的大多数需要拟合的模型，比如Ogden，Arruda-Boyce，Bergstroem-Boyce，并联模型等等，还可以考虑超弹性材料的压缩性，参数的稳定性检查，金属材料的Johnson-Cook， Swift，Sherby，Ghosh等等，塑料材料模型，B-Spline拟合，各向异性模型 HILL, Barlat等等，今后还将扩充基于DIC的高级参数识别。这是一个非常专业的拟合工具，由Altair的材料专家和材料方面的科学家联合开发的。
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