LS-DYNA操作指南：有效塑性应变、环境变量与状态方程

一、有效塑性应变（Effective plastic strain）

有效塑性应变是一个单调增加的标量值，是变形率张量中的塑性部分(Dp)ij的函数，以张量形式表示如下：

epspl=integral over time of (depspl)=integral[sqrt(2/3(Dp)ij*(Dp)ij)]*dt

当材料处于屈服状态，也就是说应力状态位于屈服面上时，有效塑性应变就会不断增加。

相反，LS-DYNA中输出的应变张量值（*DATABASE_EXTENT_BINARY中的STRFLG参数为1时输出）并不一定是单调增加的，因为它反应的是模型整体在当前状态下的变形状态，包括弹性和塑性两部分。点击Fcomp > Strain可以显示应变张量的云图。

有效应变与有效塑性应变是不同的，它的张量表示是（ p. 461 of LS-DYNA Theory Manual 2006）：

sqrt(2/3(eps)ij*(eps)ij)

LS-DYNA中还可以显示其他种类的应变，都是通过节点位移计算而来，例如：

FCOMP > Infin

FCOMP > Green

FCOMP > Almansi

二、环境变量（Environment variables）

**仅适用于UNIX系统**

940.1版本的LS-DYNA中引入了如下环境变量：

LSTC_FILE：用来定义许可证文件

默认文件目录为：/usr/local/lstc/LSTC_FILE，可以使用setenv LSTC_FILE (license file name) 命令来指定文件名。

LSTC_SECURE：用来定义许可证文件的格式

目前支持三种文件格式：old，new和eta。若不设置这一环境变量，程序将全部检查这三种格式。也可以通过如下命令指定检查格式：

setenv LSTC_SECURE old

setenv LSTC_SECURE new

setenv LSTC_SECURE eta

LSTC_DEFGEO：以Chrsyler's格式输出ASCII文件DEFGEO

不设置这一变量时程序将输出标准LS-DYNA格式；要输出Chrsyler's格式则应使用如下命令：

setenv LSTC_DEFGEO chrysler

LSTC_OUTPUT：定义输出文件的格式

除了LS-DYNA标准格式，程序还支持其他的一些格式，但这一命令一般只有一些有特殊需求的用户使用，例如：

setenv LSTC_OUTPUT ge

LSTC_FORMAT：定义d3plot 和 d3thdt 文件的格式

这一命令可以让用户指定输出的二进制文件格式为ANSYS格式或ANSYS+LS-DYNA格式，默认情况下输出标准LS-DYNA格式。输出ANSYS格式：

setenv LSTC_FORMAT ansys

输出ANSYS+LS-DYNA格式：

setenv LSTC_FORMAT taurus+ansys

此外，用户也可以使用关键字*DATABASE_FORMAT来进行相关设置。

LSTC_BINARY：定义d3plot 和 d3thdt文件的大小为32位IEEE

用户可以使用这一命令来减小由64位设备输出的文件大小，不设置的话则默认与设备的字节长度一致。调用命令如下：

setenv LSTC_BINARY 32ieee

此外，用户也可以使用关键字*CONTROL_OUTPUT来进行相关设置。

LSTC_MEMORY：控制内存扩展

用户可以使用命令行MEMORY来设置默认内存大小，此变量有两个选项。auto选项适用于自适应运行方式，这种情况下程序会自动进行内存扩展，只用于金属成型仿真，不能用于压溃类仿真；heap选项是转为CARY（克雷）计算机设计的，可以使程序在初始化之后将克雷计算机的内存降低到最小值。

setenv LSTC_MEMORY auto

setenv LSTC_MEMORY heap

三、状态方程（Equation of state）

在某些情况下，需要使用状态方程来精确模拟材料的变形行为。状态方程可以通过计算材料所受压力与密度（有时还有能量和温度）之间的关系来确定材料的变形行为。需要使用状态方程的情形主要有应变率非常高、材料所受压力远高于屈服应力以及冲击波的传播等。实际上，这些情况一般都是同时出现的。

对于非气态材料来说，*EOS_LINEAR_POLYNOMIAL 和 *EOS_GRUNEISEN是最常用的两种状态方程。Gruneisen的参数对于包括金属在内的许多材料都是适用的。

在物体受力时，总应力是偏应力和压力的总和，平均应力(sig1 + sig2 + sig3)/3等于压力。对于不考虑状态方程的本构模型，程序会直接计算主应力，主应力的压力分量只与体积应变有关。例如，对于弹性材料来说，p = K * mu，其中K为体积模量，mu = rho/rho0 - 1。

对于考虑状态方程的模型来说，材料本身的本构模型会计算总应力的偏应力分量，而状态方程则会计算压力分量。

注意，状态方程只适用于连续介质单元（*ELEMENT_SHELL with shell type 13, 14, or 15 or *ELEMENT_SOLID），并且材料模型为需要EOS的*MAT_。

如果你在使用需要EOS的本构模型，可以利用*EOS_LINEAR_POLYNOMIAL来实现简单的体积行为（bulk behavior），此时需要设置C1为体积模量，其他参数均为0。只有在应变率处于中等水平的情况下才建议使用这一办法，汽车碰撞模型中的应变率即为中等水平。

Zukas (1990, John Wiley and Sons)出版的High Velocity Impact Dynamics是一本有关材料高应变率变形行为的不错的参考书。

可以在这一文献中查找大约50种材料模型的EOS参数："Equation of State and Strength Properites of Selected Materials", Danial J. Steinberg, Lawrence Livermore National Laboratory, 1991 (Change 1 issued 1996), UCRL-MA-106439.

至于*EOS_TABULATED_COMPACTION 和 *EOS_TABULATED这两种类型的关键字，用户手册中讲的不太具体，以下是几点注意事项：

1.eVi这一项（曲线的横坐标）表示的是ln（relative volume），在压缩时是负值；

2.eVi = ln(relative volume) 这个值应该是降序排列的，也就是首先是拉伸对应的正值，最后是压缩对应的负值。

3.压缩时压力为正。当gamma=0时，Ci等于加载曲线中的压力值，所以应该和eVi的符号相反。

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