HyperWorks进阶教程：OptiStruct材料和分析类型

2.3 材料类型

OptiStruct 提供了多种材料模型，包括各向同性材料、横观各向同性材料、各向异性材料和各种非线性材料，简要介绍如下。

• MAT1用于定义各向同性弹性材料，可用于模拟处于线弹性阶段的钢、铝合金等材料。。MAT2用于定义各向异性材料，适用于壳单元，结合PSHELL、PCOMP和PCOMPG使用。
• MAT3 用于定义与温度无关的各向异性线性材料，仅适用于轴对称单元CTAXI和COAXI及平面应变单元CTPSTN和COPSTN。
• MAT4 用于定义各向同性热传导参数，包括导热系数、比热容、密度、对流系数以及生热率等参数。
• MAT5 用于定义各向异性热传导参数，包括导热系数、比热容、密度、对流系数以及生热率等参数。
• MAT8 用于定义二维正交各向异性弹性材料，只能被PSHELL、PCOMP和PCOMPG引用。
• MAT9 用于定义三维各向异性弹性材料，可被PSOLID引用。
• MAT10用于定义流固耦合(声场)中的流体，只能被带FCTN=PFLUID选项的PSOLID属性引用。
• MATHE用于定义非线性超弹性材料，包括MOONEY，MOOR，RPLOY，NEOH，YEOHABOYCE，OGDEN，FOAM本构模型，可用于模拟橡胶等超弹性材料，只能被PSOLID引用。
• MATVE为线性黏弹性材料，MATVP为非线性黏弹性材料，只能被PSOLID引用。温度相关的材料采用MATTI、MATT2、MATT8和MAT9定义，
• 温度相关属性使用7BLEM1、TABLEM2、TABLEM3和TABLEM4定义，可用于模拟力学性能随温度变化的材料比如杨氏模量随温度变化。
• MATSI定义弹塑性材料，它是MATI的扩展。弹塑性材料的弹性属性在 MAT1中定义。
• MATVE为线性黏弹性材料，MATVP为非线性黏弹性材料，只能被PSOLIDI引用。
• 温度相关的材料采用MATT1、MATT2、MATT8和MATI9定义，温度相关属性使用TABLEMI、TABLEM2、TABLEM3和TABLEM4定义，可用于模拟力学性能随温度变化的材料比如杨氏模量随温度变化。
• MATSI定义弹塑性材料，它是MAT1的扩展。弹塑性材料的弹性属性在MAT1中定义。

结构刚强度分析中，常见的钢、铝合金等金属材料可直接采用MAT1，若要考虑塑性阶段，可性属性在MATS1中定义。使用MATSI设置塑性参数;电子、汽车以及家电等行业使用的各向同性的塑料也可以用MAT和MATS1进行模拟;木材属于各向异性材料，可使用MAT9进行模拟。NVH分析，如模态、频响和随机振动分析等，因为是线性分析，采用MAT1即可。结构传热分析中，可使用各向同性的MAT4和各向异性的MAT5模拟。金属、塑料等材料的传热分析都可以用这两种材料进行模拟。

结构热应力分析，比如要计算各向同性的塑料件由室温25℃升到50℃稳定状态下的热应力可直接使用 MAT1进行模拟，但是需要在MAT1卡片中设置热膨胀系数。如果温度较高，则需要考虑温度对杨氏模量的影响，需要采用MATI结合MATT1进行模拟;如果温度进一步提高，需要考虑金属的高温蠕变性能，需要采用 MATVP 进行模拟。

对于短纤注塑材料，纤维方向在每个位置都不相同,对于此类材料，首先需要进行模流分析得到纤维流向，然后将模流分析模型中的纤维流向映射到结构网格,通过多尺度分析软件，计算给定纤维方向、组分及单胞结构的材料曲线，最后结构求解器结合多尺度分析软件，完成结构的刚度强度、碰撞等分析。Alzair提供了模流分析软件nspire Mold、多尺度分析软件 MultiSeale Designeropis.a通过用户自定义材料 MATUSR，结合Muuscale Deigpe,可对注塑材料进行结构刚度、强度、振动等分析。

2.4分析内型

OptiStnuct是一款多学科有限元仿真软件，涉及结构分析、NVH分析、热分析、声学分析、疲劳分析以及转子动力学分析等，可用于汽车、消费电子、家电、重工、船舶、航空航天等行业的结构有限元仿真分析。具体分析类型如图2-5所示。

结构分析用于计算结构在一定的载荷及约束下产生的变形及应力，以评估结构的安全性能。例如，对于不锈钢结构，当应力超过屈服强度后，结构会产生不可恢复的塑性应变:当应力超过强度极限时，结构会发生破坏。机械行业都会用到这类分析。

NVH分析用于分析结构在动力载荷下的相关性能，如模态分析可得到结构的固有频率和振型、固有频率越高，其结构刚度越大;频响分析可得到不同频率激励下结构所产生的位移以及加速度响应等。汽车行业可对整车进行 NVH分析，评估整车的舒适性，对于超标的振动、噪声，可通过仿真改进结构，改善产品。

热分析可根据给定的热边界条件得到结构中的传热过程以及终止状态下的热分布情况，另外可分析因热胀冷缩产生的热应力。比如热分析可用于模拟PCB板温箱实验，得到PCB板在不同温度下的热应力，判断 PCB板在实际使用过程中是否会因为热应力而发生破坏。

疲劳分析用于分析结构在一定周期载荷下的寿命，如根据载荷历程以及S-N曲线评价发动机曲轴寿命。声学分析用于分析结构的声学性能，如汽车声腔辐射分析。转子动力学可用于转动部件的模态以及频响分析等。

本篇内容取自HyperWorks进阶教程系列的《OptiStruct结构分析与工程应用》，版权归原作者所有，如有侵犯您的权益，请及时联系我们，我们将立即删除。