以下是关于TRIP钢的*MAT_TRIP材料模型的描述。关于关键字卡片格式的说明，请参阅LS-DYNA 971关键字用户手册。

// 概览

在具有TRIP效应（TRansformation Induced Plasticity，相变诱导塑性）的材料中，成形过程中会发生奥氏体向马氏体的相变，从而显著影响硬化行为。该效应对应变和温度敏感。硬化效应在低温（如0°C）比高温（如100°C）下更为显著。

该材料模型已在 LS-DYNA 971 中以 *MAT_TRIP 的形式实现。

// 成形应用

以冲压操作为例，建模方法可概述如下：

• 采用标准的冲压单元（如 Belytschko-Tsay 壳单元）模拟模具和坯料，其中模具设为刚体。

• 建模过程基本遵循标准冲压仿真方法，但需注意以下例外情况：

• 采用热力耦合求解

• 设置热接触以允许模具与坯料之间的热传递

• 使用TRIP材料模型

建议在工具上使用厚壳单元（在 CONTROL_SHELL中 设置 THSELL=1）

LS-DYNA 中的热求解器为隐式算法，其时间步长通常可比力学仿真部分大得多（例如100倍）。结合高效的热迭代求解器，这意味着计算时间相比标准成形仿真通常仅略有增加。

// 碰撞中的成形效应

该材料模型也可用于考虑成形效应的碰撞仿真。在碰撞仿真中，无需激活热求解器运行 TRIP 材料模型，而是采用绝热温升方法计算温度。

// 理论

*MAT_TRIP 材料模型基于 von Mises 屈服面并结合各向同性硬化，理论源自 Hänsel 等人[1]。由于硬化具有温度依赖性，因此该材料模型必须在以下三种方式下运行：

• 热力耦合求解

• 使用预设温度场

• 采用绝热温升计算选项

通过将参数CP设为材料的比热容Cp，可激活绝热温升计算功能，此时温度变化率由以下公式计算得出：

其中，分子项表示塑性耗散热。建议使用开尔文温标，尽管其他温标也可正常使用。

硬化行为由以下方程描述。马氏体转变速率方程为

其中：

马氏体含量通过上述速率方程积分获得

始终满足0.0 < V_m < 1.0。初始马氏体含量为V₀，其值必须大于0且小于 1.0。

注意：在重启动分析或使用 *INITIAL_STRESS_SHELL 初始化 V_m0 历史变量时，V₀

不会被使用。

屈服应力 σ_y  的计算公式为

1参数 p 和 B 需满足以下条件：(1 + B) / B

若该条件不满足，则当应变 ε̄‌_p 趋近于零时，马氏体转变速率将趋近于无穷大。建议将参数 ε₀设为大于零的值，典型取值范围为0.001–0.02。

// 材料参数标定方法

对于奥氏体不锈钢，可通过以下步骤确定材料参数。Hänsel 等人提出的方法（文献 [1]）适用，该方法包括该方法包括对标准拉伸试样进行恒定应变率的拉伸测试，直至达到预设的应变水平，然后卸载。在整个拉伸测试过程中（包括卸载阶段），要记录温度和马氏体含量。马氏体含量通过安装在试样上的铁素体测量仪（ferritoscope）测定，温度则通过例如固定在拉伸试样上的热电偶进行测量。

需开展多组不同应变速率和初始温度的拉伸试验。通过这些试验，可得到温度、马氏体体积分数和真实应力随塑性应变变化的历程曲线。材料模型中的参数通过最小二乘法拟合确定，使模型预测的真实应力与试验测量值最佳匹配。

// 示例材料参数

下表提供了 Schedin 等人（文献 [2]）针对具有显著 TRIP 效应的奥氏体不锈钢 HyTensX（Outokumpu Stainless） 标定的材料参数。这些参数采用上述方法获得：

参考文献

[1] C. Hänsel, P. Hora, and J. Reissner, "Model for the kinetics of strain-induced martensitic phase transformation at isothermal conditions for the simulation of sheet metal forming processes with metastable austenitic steels," Simulation of Materials Processing: Theory, Methods, and Applications, Huétink and Baaijens (eds), Balkema, Rotterdam, (1998).

[2] E. Schedin, L. Prentzas, and D. Hilding, "Finite Element Simulation of the TRIP-effect in Austenitic Stainless Steel," presented at SAE 2004, SAE Technical paper 2004-01-0885, (2004).

// 以下是最适用于聚合物且包含损伤和/或失效的材料模型

*MAT_081 (MAT_PLASTICITY_WITH_DAMAGE) --带损伤的塑性模型

*MAT_089 (MAT_PLASTICITY_POLYMER) --聚合物塑性模型

*MAT_101 (MAT_GEPLASTIC_SRATE_2000A) --广义弹塑性应变率模型（2000A）

*MAT_112 (MAT_FINITE_ELASTIC_STRAIN_PLASTICITY) --有限弹性应变塑性模型

*MAT_141 (MAT_RATE_SENSITIVE_POLYMER) --应变率敏感聚合物模型

// 适用于热塑性塑料的模型

*MAT_60 (MAT_ELASTIC_WITH_VISCOSITY) --弹粘性模型

*MAT_106 (MAT_ELASTIC_VISCOPLASTIC_THERMAL) --热弹性-粘塑性模型

// 自 LS-DYNA 971 版本起新增的模型

*MAT_168 (MAT_POLYMER) --聚合物材料模型

*MAT_187 (MAT_SAMP-1) --SAMP-1（聚合物专用高级材料模型）

在经历极大变形的材料（如软质泡沫）中，单元可能因过度扭曲而导致体积计算为负值。这种现象甚至可能在材料未达到失效准则时发生。拉格朗日网格在缺乏网格平滑或重新划分的情况下，其可承受的变形量存在固有极限。在 LS-DYNA 中，负体积计算将导致计算终止，除非同时满足以下条件：

• 将 *CONTROL_TIMESTEP 中的 ERODE 设为1

• 且将 *CONTROL_TERMINATION 中的 DTMIN 设为任意非零值

此时问题单元会被删除，计算通常得以继续（但负体积仍可能引发报错终止）。

// 负体积问题解决方案

• 材料强化：在大应变阶段强化材料应力-应变曲线，此法往往效果显著；

• 网格优化：根据预期变形场定制初始网格（负体积问题通常仅出现于泡沫等软材料的极端变形中）；

• 时间步长调整：降低时间步长比例因子（默认值0.9可能不足以避免数值不稳定）；

• 单元算法选择：避免使用全积分实体单元（算法2和3），因其在大变形时稳定性较差（当变形较大时，全积分单元因积分点可能出现负雅可比矩阵而提前终止计算，而单点积分单元容错性更强）；

• 优先采用默认的单点积分算法（算法1），配合4或5类沙漏控制（会增强刚度响应）

• 低速冲击：6类沙漏控制 + 沙漏系数0.1

• 高速冲击：2或3类沙漏控制 + 沙漏系数0.1

• 可根据沙漏模式及 matsum 中的沙漏能量报告调整参数；

• 替代建模方法；使用四面体单元（算法10），但可能导致响应过刚；

• 对泡沫模型材料 057，将 DAMP 参数增至推荐最大值0.5；

• 接触设置；在 *CONTACT 的 B 卡中关闭涉及泡沫接触的shooting node逻辑；

• 使用 *CONTACT_INTERIOR。DA1 定义罚函数刚度，默认为1；DA2 激活系数Fa（默认值=0.10）--当单元压缩量达到初始厚度的Fa倍时，内部接触算法开始生效。ED（可选参数，用于定义内部接触刚度的弹性模量）；通过部件集定义处理对象，其属性4（Card 1第5字段）指定接触类型。类型1（默认）：适用于均匀压缩。类型2：适用于970版本，1号类型单元（适用于剪切-压缩复合工况）；

• 特殊选项；若使用 *MAT_126，尝试 ELFORM=0；

• 对极端变形区域采用EFG算法（*SECTION_SOLID_EFG），仅限六面体单元（计算成本极高）。

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文章来源：

https://www.dynasupport.com/howtos/material/material-model-for-trip-steels

https://www.dynasupport.com/howtos/material/material-models-for-polymers

https://www.dynasupport.com/howtos/material/negative-volume-in-soft-materials