有限元分析常用材料参数手册 第2版

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的材料参数而苦恼。欧美发达国家已经建立了多个常用材料参数数据库，如洛斯阿拉莫斯国家实验室自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，编者参考多方文献资料编写了本手册，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，提高计算结果的准确度。由于材料种类很多，资料浩瀚繁杂，编者在查阅资料提取数据时，只是对原文献进行了浏览，没有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，甚至有可能是文字谬误造成的。如果读者有意采用该数据，请仔细阅读原文献，根据上下文对材料状态（成分、工艺、尺寸、加工过程等）、塑性变形历史、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，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。
也许读者在本手册中找不到所需的材料参数，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的材料参数，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、制备工艺上也有差异，进而导致力学性能的不同。在搜集资料编写本手册的过程中，编者发现，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。
本手册材料参数主要来源于：①国内外各类学术期刊；②国内学术会议论文；③LSDYNA国际和欧洲年会；④国际弹道会议；⑤国际爆轰会议；⑥洛斯阿拉莫斯国家实验室的冲击Hugoniot实验数据；⑦劳伦斯利弗莫尔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，书中的材料尽量按字符顺序排列，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，手册中的材料参数同样适用于
ABAQUS、AUTODYN、DYTRAN、ANSYS、NASTRAN、DYNAFORM等商业软件。
本手册第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、铝及铝合金、铜及铜合金、钨及钨合金、钛及钛合金、其他金属及合金材料、陶瓷和玻璃、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。
本手册第1版出版后受到广泛好评。在此基础上第2版又增加了几种材料本构模型、状态方程、GISSMO失效模型的介绍和上百种材料的材料参数。
构建材料数据库是一项浩大的工程，需要耐心细致，更需要编者对材料本构模型和状态方程有深入研究。由于编者水平有限，手册难免存在不足之处，欢迎广大读者和同行专家批评指正。
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，或者发现本手册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，如方便可将数据、文献或批评建议发送给编者（邮箱：[email protected]，微信：lsdyna），在此表示感谢。
西安现代控制技术研究所的张晓伟，北京领航科工教育科技有限公司的梁桂强，
ANSYS中国的王强、周少林，上海仿坤软件科技有限公司的袁志丹、刘治材，上海浩亘软件有限公司的黄晓忠博士，我的同事刘志林博士和徐坤，上海恒士达科技有限公司的陈永发，吉利汽车的王丹，北京交通大学的赵鲲鹏，北京思诺信科技有限公司的李建品，北京理工大学的张浩宇，频步信息科技（宁波）有限公司的胡成等指出了第1版中的一些文字错误，并给出了建议，在此对他们表示感谢！
编者谨识 2021年11月于北京东高地

第1章 常用材料本构模型和状态方程介绍1
第2章 钢铁35
第3章 铝、铝合金及泡沫铝139
第4章 铜及铜合金176
第5章 钨及钨合金184
第6章 钛及钛合金191
第7章 其他金属及合金材料202
第8章 陶瓷和玻璃233
第9章 生物材料245
第10章 空气、水和冰271
第11章 地质材料283
第12章 含能材料329
第13章 有机聚合物和复合材料380