HyperWorks OPSTRUCT 材料简单整理.docx
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HyperWorksOPSTRUCT材料简单整理
几个名词
粘弹性材料visco-elastic：
材料在外力作用下，弹性和粘性两种变形机制同时存在的材料。
粘弹性材料是一种专门用作阻尼层的材料。
其主要特征与温度及频率有关。
频率高到或温度低到一定的程度时，它呈玻璃态，失去阻尼性质；在低频或高温时，它呈橡胶态，阻尼也很小；只有在中频和中等温度时，阻尼最大，弹性取中等值。
常用的粘弹性材料可依其基低的不同分为四类：
沥青、水溶物、乳胶和环氧树脂，其中都要适当地添加填料和溶剂。
加填料可以大大增加其阻尼。
最好的填料是比重大的金属粉末，但成本较高；一般通过筛的黄沙、锯末、碳酸钙、石墨等。
沥青和水溶物的成本最低，在钢板上涂敷时，厚度取钢板厚的1-2倍。
沥青基材料可做成液体、粘胶体和胶带（涂在铝箔上，或压在板上）。
水溶物可做成液体或机垫。
乳胶在仪器制造工业上用得较多，最佳阻尼衰变率可达30-40dB/s，相对厚度约1.5。
环氧树脂适用于高温、高湿等特殊环境，最佳阻尼衰变率可达45dB/s，相对厚度约0.6。
乳胶剂与环氧树脂都直接用粘胶体，大都需很长的时间干燥。
正交各向异性材料orthotropicmaterials：
如果材料的机械属性在三个相互垂直的基准轴方向上都是单值的且独立的，则该材料为正交各向异性。
正交各向异性材料的范例为木材、许多晶体和轧材。
例如，在纵向、径向和正切方向上描述在一点处木材的机械属性。
纵向轴
（1）与木纹（纤维）方向平行；径向轴
（2）与生长环垂直；正切轴（3）与生长环相切。
弹性多孔材料：
poro-elastic弹性多孔介质是指一个体积可以分成多个小的体积，每个小体积内都包含固体和流体。
其中固体部分为骨架，充满流体的部分称为孔隙，所有连通的孔隙所占的体积称为“有效孔隙”。
在有效孔隙中，流体可以一点到达任意另外一点。
自然界中，多孔介质有松软土壤，含裂缝的的坚硬岩石等。
OPSTRUCT材料类型列表
材料
类型
适用
联合使用
其他
MAT1
线性、温度无关、各向同性
可以与温度、频率相关的材料联合使用。
MAT2
线性、温度无关、各向异性
2D
MAT3
线性、温度无关、正交各向异性
CTAXI|CTRIAX6
MAT4
热分析材料
MAT5
为正交各向异性材料定义热属性
MAT8
线性、温度无关的正交各向异性材料
2D
MAT9
线性、温度无关、各向异性材料
3D
MAT9ORT
线性、温度无关、正交各向异性材料
3D
MAT10
流固耦合分析中的流体材料属性
MATFAT
疲劳分析所需材料数据
★
MATF1
频率相关的材料，与相应的基本材料联合使用，如MATF1引用MAT1的ID
MATF2
MATF3
MATF8
MATF9
MATF10
MATHE
超弹性、非线性材料
★
MATHF
一次冲压成型仿真
MATPE1
弹性多孔介质材料
MATS1
应力相关、温度相关的材料
非线性分析
★
MATT1
温度相关材料，联合使用，如MATT1引用MAT1的ID
MATT2
MATT3
MATT4
MATT8
MATT9
MATX0
几何非线性分析的空材料
几何非线性分析
MATX02
J-C弹塑性材料扩展属性
☆
MATX13
刚性材料扩展材料属
MATX21
Rock-Concrete材料模型
MATX25
Tsai-WuandCRASURVT材料模型
MATX27
Elastic-PlasticBrittle材料模型
MATX28
蜂窝材料模型扩展
MATX33
Visco-ElasticPlasticFoam模型
MATX36
分段式线弹塑性材料模型
MATX42
Ogden,Mooney-Rivlin模型扩展
MATX60
HillOrthotropicMaterial
MATX62
考珀西蒙兹弹塑性材料
MATX65
分段式非线弹塑性材料模型
MATX68
超粘弹性材料
MATX70
表格式应变数据相关的弹塑性材料
MATX80
Honeycombmaterial
OPSTRUCT材料说明
[键入文档副标题]
MAT1
–MaterialPropertyDefinition,Form1
Description
线性、与温度无关的各向同性材料。
Format
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
（7）
（8）
（9）
（10）
MAT1
MID
E
G
NU
RHO
A
TREF
GE
ST
SC
SS
Field
Contents
MID
材料ID，对MAT1,MAT2,MAT8andMAT9而言，标号必需惟一
E
杨氏模量
G
剪切模量。
E/G/NU若缺乏其一，依E=2（1+NU）G计算
NU
泊松比。
RHO
密度
A
热膨胀系数
TREF
热载荷的参数温度
GE
结构单元的阻尼系数，见注11和12.为获得GE，准则阻尼率乘以2，即2C/C0
ST,SC,SS
拉伸应力极限、压缩应力极限和剪切应力极限。
用于复合层材料的失效评估。
以下卡片在HyperMesh中作为材料存在：
ElementType
E
NU
G
CROD,CBAR,CBEAM,andCWELD
AxialandBending
N/A
TransverseShearandTorsion
CSHEAR
N/A
N/A
Shear
CQUADandCTRIA
MembraneandBending
MembraneandBending
TransverseShear
CHEX,CTETRA,CPENTA,CPRYRAandCSEAM
Deformation
N/A
MAT2
Description
为线性、温度无关、各向异性的材料指定属性，适用于2D单元。
Format
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
（7）
（8）
（9）
（10）
MAT2
MID
G11
G12
G13
G22
G23
G33
RHO
A1
A2
A12
TREF
GE
ST
SC
SS
参数说明（与MAT1相同的略）：
Field
Contents
Gij
材料属性矩阵
Ai
热膨胀系数向量
各属性参数间的关系式：
注：
Ø若MAT2参考PSHELL属性的MID3参数，则G13/G23/G33为空。
ØPSHELL属性中的MID1-材料ID（膜），MID2-材料ID（弯曲），MID3-材料ID（横向剪切）
MAT3
Description
为线性、温度无关、正交材料定义属性，用于CTAXIandCTRIAX6轴对称单元。
Format
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
（7）
（8）
（9）
（10）
MAT3
MID
EX
ETH
EZ
NUXTH
NUTHZ
NUZX
RHO
GZX
AX
ATH
AZ
TREF
GE
参数说明（与MAT1相同的略）
Field
Contents
EX,ETH,EZ
x,θandz方向上杨氏模量
NUXTH,
NUTHZ,
NUZX
Poisson’sRatios:
NUXTH=Poisson’sRatioforstrainintheθdirectionwhenstressinthexdirection.
NUTHZ=Poisson’sRatioforstraininthezdirectionwhenstressintheθdirection.
NUZX=Poisson’sRatioforstraininthexdirectionwhenstressinthezdirection.
Nodefault（Real）
GZX
X-Z平面内的剪切模量
AX,ATH,AZ
x,θandz方向上的热膨胀系数
应力应变关系式为：
MAT4
Description
Definesconstantthermalmaterialpropertiesforconductivity,density,andheatgeneration
定义热热传导系数等参数。
Format
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
（7）
（8）
（9）
（10）
MAT4
MID
K
CP
RHO
H
HGEN
参数说明（与MAT1相同的略）
Field
Contents
K
热传导系数，注-W/（m·℃），参见热传导资料
CP
比热容，单位质量物体的热容量
H
表面热对流系数，注-W/（m^2·℃），参见热对流资料
HGEN
默认1.0，生热能力（不确定？
，用于QVOL），是QVOL的比例系数
说明：
ØMAT4必需与结构属性同时使用（MAT1,MAT2,MAT8,MAT9orMGASK），
ØMAT4适用于任何传导单元（conductionelements），同时也为自由对流提供系数（通过指定CONV实现，方式好像是，为先定义INTERFACE，再为该单元面组指定属性，即CARDEDIT）
ØHGEN，比例系数，QVOL是指单位体积的生热能力，Pin=volume*HGEN*QVOL（注-内热源）
MAT5
Description
为各向异性材料定义属性。
Format
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
（7）
（8）
（9）
（10）
MAT5
MID
KXX
KXY
KXZ
KYY
KYZ
KZZ
CP
RHO
HGEN
参数说明（与MAT1相同的略）
MAT8
Description
为线性、温度无关的正交材料定义属性，适用于2D单元。
Format
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
（7）
（8）
（9）
（10）
MAT8
MID
E1
E2
NU12
G12
G1,Z
G2,Z
RHO
A1
A2
TREF
Xt
Xc
Yt
Yc
S
GE
F12
STRN
参数说明（与MAT1相同的略）
E1
径向（长度方向，或第1方向）的弹性模量，且必需E1>E2。
E2
侧向（或第2方向）弹性模量
NU12
Poisson’sratio（
foruniaxialloadingin1-direction）. Notethat
foruniaxialloadingin2-directionisrelatedto
bytherelation
.
Nodefault（Real）
G12
Inplaneshearmodulus.
Nodefault（Real>0.0）
G1,Z
Transverseshearmodulusforshearin1-Zplane.
Default=blank（Real>0.0orblank）
G2,Z
Transverseshearmodulusforshearin2-Zplane.
Default=blank（Real>0.0orblank）
TREF
Referencetemperatureforthecalculationofthermalloads. Seecomment3.
Default=blank（Realorblank）
Xt,Xc,Yt,Yc
Allowablestressesorstrainsinthelongitudinalandlateraldirections. Usedforcompositeplyfailurecalculations.
Nodefault（Real>0.0）
S
Allowableforin-planeshearforcompositeplyfailurecalculations.
Nodefault（Real>0.0）
GE
StructuralElementDampingCoefficient. Seecomment6.
Nodefault（Real）
F12
Tsai-Wuinteractiontermforcompositefailure.
Nodefault（Real）
STRN
IndicateswhetherXt,Xc,Yt,orYcarestressorstrainallowables.
Default=blank（Real=1.0forstrainallowables,blankforstressallowables）
MAT9
Description
为线性、温度无关的正交材料定义属性，适用于3D单元。
Format
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
（7）
（8）
（9）
（10）
MAT9
MID
G11
G12
G13
G14
G15
G16
G22
G23
G24
G25
G26
G33
G34
G35
G36
G44
G45
G46
G55
G56
G66
RHO
A1
A2
A3
A4
A5
A6
TREF
GE
参数说明（与MAT1相同的略）
Gij
Thematerialpropertymatrix.Nodefault（Real）
注：
Ø若需要指定E1,E2,E3,NU12,NU13,NU23,G12,G23,andG13，则需要使用MAT9ORT单元。
MAT9ORT（蜂窝材料？
）
Description
为线性、温度无关的正交材料定义属性，适用于3D单元，且E1,E2,E3,NU12,NU13,NU23,G12,G23,andG13各项参数为常数。
Format
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
（7）
（8）
（9）
（10）
MAT9ORT
MID
E1
E2
E3
NU12
NU23
NU31
RHO
G12
G23
G31
A1
A2
A3
TREF
GE
参数说明（与MAT1相同的略）
E1
第1方向上的弹性模量，E2/E3同。
NU12
在第1方向上单轴载荷的泊松比，NU23/NU31分别为第2和第3方向。
G12
Shearmodulusonplane1-2.
G23
Shearmodulusonplane2-3.
G31
Shearmodulusonplane3-1.
MAT10
Description
为流固耦合分析的流体定义材料属性。
Format
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
（7）
（8）
（9）
（10）
MAT10
MID
BULK
RHO
C
GE
ALPHA
参数说明
BULK
体积模量
C
声速
GE
流体单元的阻尼系数
ALPHA
Normalizedporousmaterialdampingcoefficient. Seecomment6.
注
ØMAT10PSOLID属性通过FCTN=’PFLUID’引用；
ØMAT10的ID号需要与MAT1,MAT2,MAT3,MAT9区分开来，但是可以与MAT4,MAT5orMATFAT使用同一个ID号；
ØBULK/RHO/C之间有关系式：
BULK=C2*RHO
MATFAT
Description
为疲劳分析提供材料属性。
Format
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
（7）
（8）
（9）
（10）
MATFAT
MID
UNIT
STATIC
YS
UTS
定义SN曲线所需参数（应力-寿命曲线，高周疲劳，循环次数大于10000）
SN
SR1
b1
Nc1
b2
FL
SE
定义EN曲线所需要参数（应变-寿命曲线，低周并疲劳，循环次数小于10000）
EN
Sf
b
c
Ef
np
Kp
Nc
SEe
SEp
定义安全因子曲线所需要的参数
FOS
Tfl
Hss
参数说明（与MAT1相同的略）
UNIT
指定单位，默认MPA，可选（MPa,PA,PSI,orKSI）
STATIC
STATICflag，若指定，则说明以下数据staticmaterialproperties。
YS
屈服强度
UTS
位伸强度
SN
SNflag说明以下材料属性用于SN分析
SRI1
ItisthestressrangeinterceptofSNcurveat1cycleinlog-logscale.
疲劳强度因子
b1
在SN的对数曲线中，第一疲劳强度指数，b1是第一段直线的斜率。
Nc1
在一段式的SN曲线（图a），是耐久度的循环极限。
在两段式的SN曲线（图b），是曲线的拐点。
b2
第二疲劳强度指数，图b中，b2是第二段直线的斜率。
FL
疲劳极限，如果应力小于FL，则不会发生破坏
SE
StandardErrorofLog（N）.
EN
说明以下参数用于EN数据定义
Sf
疲劳强度系数
b
疲劳强度指数
c
Fatigueductilityexponent.疲劳延展性指数
Ef
Fatigueductilitycoefficient.
np
Cyclicstrain-hardeningexponent.
Kp
CyclicStrengthcoefficient.
Nc
Reversallimitofendurance. Onecyclecontainstworeversals. Seecomment6.
Default=2.0E8（Real>1.0E5）
SEe
StandardErrorofLog（N）fromelasticstrain.
Default=0.0（Real>0.0）
SEp
StandardErrorofLog（N）fromplasticstrain.
Default=0.0（Real>0.0）
FOS
TheFOSflagindicatesthatmaterialpropertiesforfactorofsafetyanalysisaredefinedinthefollowingfields.
Tfl
Torsionfatiguelimit.
Nodefault（Real>0.0）
Hss
Hydrostaticstresssensitivity.
Nodefault（Real>0.0）
注：
ØS-N曲线是应力范围-循环数的函数，其中应力范围是在一个循环周期内的最大值应力值与最小应力值的代数差，SN曲线公式为：
Sr为应力范围，SRI1是疲劳强度系数，Nf是循环周期，b是疲劳强度指数
ØE-N为应变-寿命曲线，其中E为应变幅值，在一个循环周期内的最大值与最小值之差的一半，其公式如下：
其中，εa为应变幅值，S'f是疲劳强度系数，E是弹性模量，Nf是循环次数，b是疲劳强度指数，ε'f是疲劳延展性系数，c是疲劳延展性情指数。
可以利用经验公式来估算SN和EN曲线的参数：
参考资料：
Source:
Yung-LiLee,Jwo.Pan,RichardB.HathawayandMarkE.Barekey. Fatiguetestingandanalysis:
Theoryandpractice,Elsevier,2005）
Ø对于一段式S-N曲线，若FL为空，则则疲劳极限值是Nc1；若两者都定义了，则两者中的保守值为疲劳极限。
Ø两段式SN上，若FL为空，则疲劳极限为0；
Ø当进行疲劳优化时，SN曲线的疲劳极限FL与EN曲线的相反极限Nc将被忽略，以便在应力/应变改变时获得连续性的结果；
MATF1
Description
为各向异性的频率相关材料定义属性，实现方式为在MAT1的属性中勾选MATF1，然后分别定义相应的Field。
Format
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
（7）
（8）
（9）
（10）
MATF1
MID
T（E）
T（G）
T（NU）
T（RHO）
T（A）
T（GE）
T（ST）
T（SC）
T（SS）
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