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CQAXI及平面应变单元CTPSTN和CQPSTN。

• 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，YEOH，ABOYCE，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MATT1、MATT2、MATT8和MATT9定义，温度相关属性使用TABLEM1、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。

• MATS1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，塑性属性在MATS1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，可使用MATS1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MAT1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MAT1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。Altair提供了模流分析软件Inspire Mold、多尺度分析软件MultiScale Designer，OptiStruct通过用户自定义材料MATUSR，结合MultiScale Designer，可对注塑材料进行结构刚度、强度、振动等分析。