非线性结构材料模块

通过各种非线性材料模型扩展结构分析

许多材料具有非线性应力 - 应变关系,尤其是在较高的应力和应变水平下。分析用这种材料制成的对象时,您需要考虑这些非线性。非线性结构材料模块,是结构力学模块或者MEMS模块,包含数十种材料模型,以帮助您建模各种固体材料。

地质力学模块是与结构力学模块相似但单独的附加组件,是专门针对土壤和岩石等岩土技术应用中常见的材料开发的。

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银支架模型在最大膨胀处显示蓝色应力。

多物理建模的非线性结构材料

建模非线性材料的功能增强了结构力学模块或MEMS模块中可用的所有结构分析。将线性弹性,超弹性或非线性弹性材料与非线性效应(例如可塑性,蠕变,粘膜塑性或损坏)结合在一起,并使用COMSOL多物理学的多功能性188金宝搏优惠®仿真软件,包括几下单击的多物理耦合。您甚至可以根据例如压力或压力不变性定义自己的模型。创建自己的流量规则和蠕变定律,以及自身的应变能量密度来实现超弹性的功能。

多物理功能内置在comsol多物理学中188金宝搏优惠®用于建模热膨胀,孔隙压力,流体结构相互作用以及更多多物理现象的软件平台。非线性材料模块中包含的所有结构材料都具有多物理学。

非线性结构材料模块中的材料模型

下面列出了可用的众多材料模型,并在软件中进行了实现的屏幕截图。

图形窗口中的纤维设置和动脉墙模型的特写视图。

超弹性

高弹性本构定律用于基于应变能密度函数在应力和应变之间具有非线性关系的材料模拟材料。这种类型的材料通常在橡胶,泡沫和生物组织中发现。非线性结构材料模块中有许多不同的热弹性材料模型,但是您还可以定义自己的应变能密度函数。可用以下超弹性模型:

  • arruda – boyce
  • Blatz – Ko
  • 德尔菲诺
  • 延长管
  • 真菌各向异性
  • 绅士
  • Mooney -Rivlin
    • 两个参数
    • 五个参数
    • 九个参数
  • 穆纳汉
  • Neo – Hookean
  • 奥格登
  • St. Venant – Kirchhoff
  • Storakers
  • 范德华
  • 瓦尔加
  • yeoh
  • 纤维(各向异性过度弹性)
    • Holzapfel – Gasser -Ogden
    • 线性弹性
    • 用户定义的各向异性超弹性
  • mullins效应
    • 奥格登 - 罗克斯堡
    • miehe
  • 大型粘弹性
图形窗口中的多孔可塑性设置和粉末压实模型的特写视图。

多孔可塑性

在传统金属可塑性方面,土壤,多孔金属和聚集体中塑性变形的建模具有主要区别:不仅根据偏压张量来定义产量功能和塑料电位,而且还包括对液压压力的依赖性。可用以下多孔可塑性模型:

  • Shima – oyane
  • 古森
  • Gurson – Tvergaard – needleman
  • Fleck – Kuhn – McMeeking
  • FKM – GTN
  • 封顶的干旱 - 掠夺者
  • 大型多孔可塑性
  • 非局部可塑性
    • 隐式梯度
形状内存合金设置和图形窗口中的支架模型的特写视图。

塑造内存合金

形状的记忆合金是指在某个温度以上加热后经历大变形后可以记住其原始形状的材料。非线性结构材料模块中可用的材料模型为奥氏体和马氏体的起始和完成温度以及重要的相变参数提供了必要的设置。有两种常见的SMA模型可用:Lagoudas和Souza -Auricchio。

图形窗口中的蠕变设置和涡轮定子模型​​的特写视图。

蠕变和粘塑性

蠕变是一种无弹性的时间依赖性变形,当材料在足够高的温度下承受应力(通常比屈服应力小得多)时发生。在co188金宝搏优惠msol多物理学中®,有几种蠕变模型可以通过添加其他蠕变节点相互结合。粘塑性的材料模型用于速率依赖性的非弹性变形,此类模型也是其行为的一部分。可用以下蠕变和粘塑性模型:

  • 蠕变
    • 诺顿(权力法)
    • 诺顿 - 贝利
    • Garofalo(双曲线正弦)
    • nabarro –herring
    • 韦尔曼
    • 用户定义的蠕变
    • 各向同性硬化
      • 时间硬化
      • 应变硬化
      • 用户自定义
    • 热效应
      • Arrhenius
      • 用户自定义
  • 粘塑性
    • 阿南德
    • chaboche
    • Perzyna
    • 各向同性硬化
      • 线性
      • 路德威克
      • 约翰逊 - 库克
      • 迅速
      • VOCE
      • 霍克特– Sherby
      • 用户自定义
    • 运动硬化
      • 线性
      • 阿姆斯特朗 - 弗雷德里克
      • chaboche
图形窗口中的可塑性设置和条颈模型的特写视图。

可塑性

许多材料具有独特的弹性状态,其中变形是可恢复的,并且是无关的。当压力超过一定水平时产量限制,将出现永久性塑料应变。在对金属和土壤进行建模时,弹性塑料材料模型很常见。使用非线性结构材料模块,您可以定义用于用小或大塑料应变(包括用户定义的产量表面和流量规则)建模弹性塑料材料的属性。可用以下可塑性模型:

  • 冯·米塞斯(Von Mises)产生标准
  • Tresca产量标准
  • 正性山标准
  • 各向同性硬化
    • 线性
    • 路德威克
    • 约翰逊 - 库克
    • 迅速
    • VOCE
    • 霍克特– Sherby
    • 用户自定义
  • 运动硬化
    • 线性
    • 阿姆斯特朗 - 弗雷德里克
    • chaboche
  • 完美的塑料硬化
  • 大型塑性
  • 非局部可塑性
    • 隐式梯度
非线性弹性材料设置和3D和1D图的两个图形窗口的特写视图。

非线性弹性

与超弹性材料相反,在中度至大型菌株下应力 - 应变关系变得显着非线性,即使在无限菌株下,非线性弹性材料也会存在非线性应力 - 应变关系。可用以下非线性弹性模型:

  • ramberg – osgood
  • 权力法
  • 单轴数据
  • 剪切数据
  • 双线性弹性

其他材料模型可与地质力学模块

图形窗口中突出显示了带有粘性性节点和高尔夫球模型的模型构建器的特写视图。

粘弹性

粘弹性材料也具有时间依赖性响应,即使载荷是恒定的时间。许多聚合物和生物组织表现出这种行为。线性粘弹性包含在结构力学模块和MEMS模块中,是一个通常使用的近似值,其中应力线性地依赖于应变及其时间衍生物(应变速率)。非线性弹性和超弹性材料模型可以通过粘弹性扩展,以实现非线性应力 - 应变关系。可用以下粘弹性模型:

  • 小型粘弹性1
    • 汉堡
    • 广义开尔文– Voigt
    • 麦克斯韦广义
    • 开尔文– Voigt
    • 麦克斯韦
    • 标准线性固体
    • 分数衍生物
    • 体积和偏差的粘弹性
  • 温度影响
    • 威廉姆斯 - 兰德尔 - 费里
    • Arrhenius
    • 工具 - 纳拉亚纳斯瓦米 - 莫伊尼汉
    • 用户自定义
  • 大型粘弹性
    • 麦克斯韦广义
    • 开尔文– Voigt
    • 标准线性固体
损坏设置和2D和1D图的两个图形窗口的特写视图。

损害

机械载荷下的Quasibrittle材料(例如混凝土或陶瓷)的变形的特征是初始弹性变形。如果超出了临界应力或应变水平,则非线性断裂阶段将遵循弹性相。随着达到临界值的达到,裂缝会生长并扩散直至材料断裂。裂纹的发生和生长在脆性材料的失败中起着重要作用,并且有许多理论可以描述这种行为。可用以下损坏模型:

  • 等效应变标准
    • 兰金
    • 光滑的兰金
    • 弹性应变张量的标准
    • 用户自定义
  • 相场损坏
  • 正则化
    • 裂纹带
    • 隐式梯度
    • 粘性正则化
  1. 结构力学模块和MEMS模块中包括

每个业务和每个模拟都需要不同。

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