弹塑性分析中如何确定材料的弹塑性参数以及在ANSYS中的输入方法

        在进行弹塑性分析中，往往需要根据构件拉伸试验得到的应力–应变曲线来确定在后续分析中所需的材料参数。例如特殊钢筋、铝合金等等。采用ANSYS进行弹塑性分析时，其材料的弹塑性数据使用比较多的是双线性（BKIN）和多线性(MKIN、KNIH)参数。

        在定义材料参数时，除了需要用户输入弹性数据（材料的弹性模量和泊松比）外，对于双线性参数，只需提供屈服应力和切线模量(割线模量)，对于多线性参数，需要屈服应力和应力–应变曲线数据。

        以某铝合金材料的试验曲线为例，说明如何确定材料参数，已知该曲线如下所示：

一、按照双线性假定确定切线模量

        根据双线性假设，材料在进入屈服后，应力–应变曲线为一条曲线，其斜率为切线模量，因此上述曲线可以简化为如下形式:

        从图中可见，取不同的最大值，可以得到不同的计算结果。

        图中屈服应力约为120MPa,可以得到此时的应变为：

       120/70000=0.1714%

       分别选取图中三个不同的点位，可以计算得到不同的切线模量：

        1：E=(170-120)/(0.01-0.001714)=6034MPa

        2：E=(230-120)/(0.08-0.001714)=1405MPa

        3：E=(240-120)/(0.15-0.001714)=809 MPa

        针对该种情况，如果采用双线性假设，建议输入中间值，1405MPa较为合适。

命令流如下：

mp,ex,1,70000

mp,prxy,1,0.2

tb,bkin,1

tbdata,1,120,1405

tbplot,bkin,1    !绘制本构曲线

二、多线性假定

        如果采用多线性假定，可以将下表的数值输入到ANSYS非线性材料参数中。

        注意：

        数据中的第一列应为屈服时的应力和应变，且比值应和前面定义的弹性模量相近。

        此处：120/0.001714=70012—误差约为0.02%

        此外，需注意应变的单位，ANSYS输入时应乘以0.01，具体命令流如下：

mp,ex,1,70000

mp,prxy,1,0.2

tb,kinh,1,1,5

tbpt,,0.001714,120

tbpt,,0.0045,150

tbpt,,0.01,170

tbpt,,0.02,190

tbpt,,0.08,230

tbpt,,0.14,250

tbplot,kinh,1