有限元分析常用材料参数手册

作者收集了上千种常用材料的数值计算材料模型参数，涉及各类金属、陶瓷、玻璃、生物材料、空气、水、冰、地质材料、含能材料、有机聚合物和复合材料等，同时列出了数据来源。能够显著提高有限元分析的工作效率。 

本书介绍了有限元分析常用的材料本构模型、状态方程、材料动态力学参数的标定方法，给出了上千种常用材料的数值计算材料模型参数，涉及各类金属、陶瓷、玻璃、生物材料、空气、水、冰、地质材料、含能材料、有机聚合物和复合材料等，同时列出了数据来源。
本书适合理工科院校的教师、本科高年级学生和研究生作为有限元分析学习辅助教材，也可以作为国防军工、航空航天、汽车碰撞、材料加工、生物医学、电子产品、结构工程、采矿、船舶等行业工程技术人员的工程设计和数值计算参考手册，还可应用于有限元计算软件材料库的开发。

辛春亮，男，研究员，1973年12月生。1992年9月~1999年3月就读于国防科技大学机械电子工程专业，获得机械学硕士学位，2008年6月从北京理工大学工程力学专业博士毕业，发表学术论文40余篇，主要从事爆炸冲击数值模拟、毁伤评估和相关产品的设计工作，荣获多项国家和省部级科技奖。

前言

第1章 常用材料本构模型和状态方程
介绍1
1.1 有限元分析常用力学单位换算
关系1
1.2 LS-DYNA软件中常用材料本构
模型介绍2
1.2.1 *MAT_ELASTIC2
1.2.2 *MAT_PLASTIC_KINEMATIC3
1.2.3 *MAT_JOHNSON_COOK3
1.2.4 *MAT_PIECEWISE_LINEAR_
PLASTICITY5
1.2.5 *MAT_STEINBERG6
1.2.6 *MAT_MODIFIED_ZERILLI_
ARMSTRONG6
1.2.7 *MAT_JOHNSON_HOLMQUIST_
CONCRETE6
1.2.8 *MAT_PSEUDO_TENSOR8
1.2.9 MAT_CONCRETE_DAMAGE_
REL38
1.2.10 *MAT_RHT9
1.2.11 *MAT_HIGH_EXPLOSIVE_
BURN11
1.2.12 *MAT_NULL11
1.2.13 *MAT_RIGID11
1.2.14 *MAT_HONEYCOMB12
1.2.15 *MAT_MODIFIED_
HONEYCOMB12
1.2.16 *MAT_JOHNSON_HOLMQUIST_
CERAMICS12
1.2.17 *MAT_ADD_EROSION14
1.3 LS-DYNA软件中常用状态方程
介绍16
1.3.1 *EOS_IDEAL_GAS17
1.3.2 *EOS_LINEAR_POLYNOMIAL17
1.3.3 *EOS_GRUNEISEN17
1.3.4 *EOS_JWL18
1.3.5 *EOS_IGNITION_AND_GROWTH_
OF_REACTION_IN_HE18
1.4 材料动态力学参数标定方法19
1.4.1 落锤20
1.4.2 Taylor杆20
1.4.3 Hopkinson杆20
1.4.4 膨胀环21
1.4.5 平板撞击22
1.5 材料模型和状态方程参数应用计算
算例22
1.5.1 空中爆炸冲击波计算22
1.5.2 钢球垂直入水计算24
1.5.3 弹体侵彻随机块石层计算24
参考文献26
第2章 钢铁28
01工具钢28
022Cr17Ni12Mo2(316L)不锈钢28
05Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢29
18Ni250钢29
06Cr18Ni11Ti钢29
06Cr19Ni10(304)不锈钢30
0Cr17Mn5Ni4Mo3Al不锈钢30
10钢30
1006钢30
100C6钢31
1010钢31
1018钢32
1020钢32
1035钢33
1045钢33
1080钢33
10CrNi3MoCu钢33
10CrNi3MoV钢34
1215钢34
13Cr11Ni2W2MoV钢34
1400M钢34
16MnR钢34
06Cr18Ni10Ti钢35
20钢35
250V钢36
27SiMn钢36
2P钢37
304L不锈钢37
30CrMnSiNi2A钢38
316L钢39
32CrMo4钢40
35CrMnSi钢（淬火回火态）40
35CrMnSi钢（退火态）40
35CrMnSiA钢40
35NCD16钢41
38CrSi钢41
40Cr钢41
4140钢42
4142H钢42
42CD4Ca钢42
42CD4U钢42
4340钢43
45钢44
50SiMnVB钢46
52100钢47
54SiCr6弹簧钢47
5A90钢48
907钢48
907A钢48
921钢49
921A钢49
922A钢50
945钢50
9705-0768-1A-T1软钢51
A2工具钢51
A36钢51
A573-81 65钢52
AASHTO M-180 class A type II钢52
AerMet100钢53
AF1410钢53
AL-6XN钢54
AQ225钢55
AREMA钢55
Armco铁55
Armox 440钢56
Armox 560T钢57
Armox 570T钢58
ASTM A514钢58
ASTM A572 G50钢58
Bluescope XLERPLATE 350钢58
C1018钢58
Cr15Mo钢59
Cr18Mn18N钢59
CR3钢59
D2钢59
D6A钢59
DDQ钢60
DH-36钢61
电工钢61
Domex Protect 500钢61
DP1000超高强冷轧双相钢62
DP590钢62
DP600钢63
DP780钢64
DP800钢65
DP980钢65
DPX800钢65
DT300合金钢65
EN-1.4016钢66
EN-1.4301钢66
EN-1.4509钢66
EN-1.4512钢66
EN-GJS-600-3球墨铸铁66
FC200灰铸铁67
FV535钢67
G50钢67
钢材的热工特性68
钢材的热膨胀系数69
钢筋69
钢筋HPB23571
钢筋HRB33572
钢筋HRB40072
GB/T 712—2011钢72
Grade 8钢72
H13钢73
Hadfield钢73
焊缝73
Hardened Arne工具钢73
Hardox 400钢74
HHS钢74
HS钢75
HSLA钢75
HSLA-100钢75
HSLA-350钢76
HSLA-65钢77
灰铸铁78
HY-100钢78
HY-130钢78
HzB-W高硬装甲钢79
IF 210钢79
N-1钢79
Nitronic 33钢79
OL 37钢80
Q160钢80
Q235B钢80
Q235钢（A3）80
Q345钢83
Q345B钢83
球墨铸铁84
RHA钢84
S-7工具钢86
S235钢86
S300钢87
S300Si钢87
SAE 1020钢87
SiS 2541-03钢88
spiral-strand cable88
SS2541-03钢88
SS304钢88
Steel Cable89
TENAX钢89
铁89
铁锭（纯度99.99%，退火状态）89
TH200合金钢90
TRIP 700钢90
VascoMax 300钢90
Weldox 460E钢91
Weldox 500E钢92
Weldox 700E钢92
Weldox 900E钢93
X4CrMnN16-12（VP159）钢93
X80管线钢94
XH129钢94
氧化铁95
铸铁95
第3章 铝、铝合金及泡沫铝95
1100铝合金95
1100-H14铝合金95
1235型铝箔95
2008-T4铝合金95
2024铝合金96
2024-T3铝合金96
2024-T351铝合金97
2024-T6铝合金98
2A12铝合金98
2A70铝合金100
3003 H14铝合金101
3003 H18铝合金101
3104-H19铝合金101
5042铝合金101
5052铝合金102
5052-H34铝合金102
5182铝合金102
5182-O铝合金102
5083铝合金103
5083-H116铝合金104
5A06铝合金105
6022-T43铝合金105
6111铝合金106
6005-T6铝合金107
6061铝合金107
6061-T4铝合金107
6061-T6铝合金107
6063铝合金109
6063-T5铝合金110
6082-T6铝合金110
6N01铝合金110
7020-T651铝合金110
7039铝合金110
7050-T74铝合金111
7050-T7451铝合金111
7055铝合金113
7075-T651铝合金113
7075-T7351铝合金114
7A04铝合金114
7N01铝合金115
A356铝合金115
A357铝合金115
AW-1050A H24铝合金116
L167铝合金116
LC4CS铝合金1

准确的材料模型及其参数是仿真计算的关键，这在很大程度上决定了仿真计算的准确程度。数值计算人员经常为找不到仿真所用材料的材料参数而苦恼。欧美等发达国家已经建立了多个常用材料参数数据库，如Los Alamos国家实验室自1971年起开始发展的SESAME材料数据库，该数据库包括至少150种关键材料高温高压下的状态方程参数，对推动武器的研制具有重要的意义。SESAME材料数据库的扩散和使用都严格受控，目前只有美国本土及其重要盟友的研究机构才能获得该数据库的使用权。
为了获取数值计算所需的材料数据，许多研究单位对常用材料进行材料动态力学性能实验来拟合材料的本构模型，如采用准静态试验机、泰勒杆、膨胀环、分离式霍普金森压杆（SHPB）和拉杆技术（SHTB）等。仿真计算涉及的材料种类很多，单纯依靠实验来标定材料模型参数需要花费大量人力、物力、财力和时间。可能会有多家单位对同一材料的本构参数感兴趣，如果这些单位都对该材料做力学性能实验势必造成很大的浪费。
基于上述原因，本书作者参考多方文献资料编写了本书，希望借此建立起中国自己的材料参数数据库，用于指导国内的数值计算从业人员，提高计算结果准确度。由于材料种类很多，资料浩瀚繁杂，时间有限，在查阅资料提取数据时，只是对原文献进行了浏览，没有时间对材料参数的准确性、适用范围逐个进行甄别和确认，也难以追溯材料参数原始的文献出处，提取到的材料参数可能会与其他文献数据存在较大差异，这也许是实验方法、实验条件、实验测试所取试样的性能、尺寸或是材料受力状态与其他文献差异很大的缘故。如果读者希望采用该数据，请仔细阅读原文献，根据上下文对材料状态（成分、工艺、尺寸等）、受力环境、所用材料模型及其具体参数进行仔细确认。俗话说得好，磨刀不误砍柴工，为了获得更为准确的计算结果，在材料模型和材料参数上多花些时间是非常值得的。
也许读者在本书中找不到所需材料的材料参数，但如果找到了性能相近材料的参数，也可以据此大致确定所需材料的材料参数，这样不至于偏差很大。
AUTODYN、DEFORM、VPG、MSC.MVISION等国外商业软件自带材料库，软件用户可以从中查询计算需要的材料参数。但即使是同种材料，国内材料与国外材料在成分、组织、制备工艺上均有差异，进而导致力学性能的不同。在搜集资料编写本书的过程中，本书作者发现，有些文献作者使用国内材料进行数值计算时，往往不做分析、不加修改地盲目套用国外材料参数，计算结果的可信度令人怀疑。
本书材料参数主要来源于：①国内外各类学术期刊；②国内会议论文，主要参考全国战斗部会议论文；③LS-DYNA国际和欧洲年会；④国际弹道会议；⑤国际爆轰会议；⑥Los Alamos国家实验室的冲击Hugoniot实验数据；⑦Lawrence Livermore国家实验室的炸药手册；⑧Varmint Al的材料参数数据库；⑨LSTC公司的计算输入文件等，并尽量引用原文表述。
为了便于查找，书中的材料按字符顺序排列，首先是阿拉伯数字，然后是英文字母及汉语拼音。材料参数大都以表格的形式列出，具体参数多以LS-DYNA材料关键字命名。由于数值计算软件大都采用相同的材料模型和状态方程，本书中的材料参数同样适用于ABAQUS、AUTODYN、DYTRAN、ANSYS、NASTRAN等商业软件。
本书第1章介绍了有限元分析常用材料本构模型、状态方程、材料动态力学参数标定方法，并给出了几个数值计算算例。
第2～13章分别给出了钢铁、铝合金、铜合金、钨合金、钛合金、其他金属及合金材料、陶瓷、玻璃、生物材料、空气、水、冰、地质材料、含能材料、有机聚合物和复合材料等上千种材料的材料参数。
构建材料数据库是一项浩大的工程，需要耐心细致，更需要编撰者对材料本构模型和状态方程有深入研究。由于作者水平有限，本书难免存在不足之处，欢迎广大读者和同行专家提出批评和指正。
分享是一种美德，赠人玫瑰，手有余香，向诸位文献作者对材料参数的无私分享精神致敬。如果读者通过材料力学性能实验测试获得了一些材料的材料参数，或者发现本书尚没有收录的其他有价值的材料参数，或者对其中的一些参数提出质疑，方便的话请将数据、文献或批评建议发送给作者（邮箱：[email protected]或[email protected]），在此表示感谢。

作者谨识
2019年3月于北京东高地