固有應變的案例
設計仿真 | 圓管法蘭使用 Marc 進行裝配增材制造
圖1 模型組成
2.1
固有應變定義
為每個待沉積焊接層設置固有應變邊界條件。輸入3個方向固有應變分量，其不同方向的固有應變數值可以通過試件的標定獲取，其固有應變方向和單元材料坐標系一致。選擇第一層單元如圖2所示。然后依次單元第二、三、四層單元如圖3所示。
圖2 固有應變定義
圖3 定義固有應變的4層單元
同時做如下操作:
a）在Marc界面“分析任務”菜單下“停用”選項中停用所有定義的各層固有應變單元
b) 為每一層創建一個分析工況。
c) 在每種載荷情況下，指定固有應變邊界條件，激活一層單元。
d) 在“分析任務”菜單中按順序選擇所有依次定義的”分析工況”，并要求提供應力和應變結果。
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圖1 模型組成
2.1
固有應變定義
為每個待沉積焊接層設置固有應變邊界條件。輸入3個方向固有應變分量，其不同方向的固有應變數值可以通過試件的標定獲取，其固有應變方向和單元材料坐標系一致。選擇第一層單元如圖2所示。然后依次單元第二、三、四層單元如圖3所示。
圖2 固有應變定義
圖3 定義固有應變的4層單元
同時做如下操作:
a）在Marc界面“分析任務”菜單下“停用”選項中停用所有定義的各層固有應變單元
b) 為每一層創建一個分析工況。
c) 在每種載荷情況下，指定固有應變邊界條件，激活一層單元。
d) 在“分析任務”菜單中按順序選擇所有依次定義的”分析工況”，并要求提供應力和應變結果。
展開 案例 | Simufact公司為GreenTeam和Renishaw提供了完整的增材制造工藝仿真解決方案
宏觀分析考慮了制造過程中的固有應變。這個固有應變包括塑性應變、熱應變、蠕變應變和相變應變。在Simufact Additive軟件中，固有應變可通過軟件提供的校驗模塊進行簡便快速的校準。
為校準零件的固有應變，Renishaw在同一臺打印軸承座的3D打印設備及工藝參數設置相同的條件下分別在0°和90°方向上打印了兩個懸臂梁試樣。懸臂梁試樣所用的材料（TiAl6V4_粉末）是Simufact Additive軟件自帶的材料庫的一部分。在打印完成以后，在懸臂梁試樣的中部位置（高度為3mm）進行全部梳齒的切割，并測量變形。此時懸臂梁試樣并沒有從基板上完全切除是為了要保留一個參照點并防止剛體運動發生。隨后，將測得的每一個懸臂梁試樣切割全部梳齒后的變形量輸入到Simufact additive中進行固有應變的校準。在經過7次仿真迭代計算后，達到了目標變形量（圖2），即達到允許的最大0.3%的變形誤差。接下來要做的是用校準得到的固有應變進行軸承座制造過程的仿真。為克服傳統單元模擬復雜零件的局限性且考慮增材制造過程進行逐層堆積的特性，Simufact Additive軟件采用立方體形狀的像素網格。立體像素單元代表順序激活的金屬粉末材料層。在分析模型中，將支撐結構的CAD文件導入，并采用與零件相同的鈦合金材料建模。將零件和支撐結構置于基板上，設置粉末層厚0.06 mm，采用82層立體像素網格建模。這里設置的像素單元的尺寸為1 mm，最終對部件（零件、支撐結構和基板）進行切片分層的離散化處理，每一個像素單元約包含17個粉末層。這個項目的第二階段是評估仿真結果的準確性。Renishaw的工程師在零件的三個位置上測量了零件的變形情況。Simufact additive預測的變形與實際測試結果非常吻合（圖3）。
展開 金屬增材制造數值模擬技術發展
圖4 金屬增材制造殘余應力的形成機制
固有應變法固有應變法最早由日本學者上田（Ueda）提出，廣泛應用于大型焊接結構的扭曲與殘余應力預測。由于可以快速實現大型復雜零件的殘余應變與扭曲變形預測，固有應變法目前已成為零件級增材制造模擬的主流方法，并且已經被多種商用增材制造模擬軟件所集成。金屬增材制造模擬中固有應變的獲取主要有2種方法：微觀尺度模擬和標準件變形標定。微觀尺度模擬的步驟是基于實際的增材制造工藝條件，建立高分辨率的微觀尺度熱-力耦合模型，并進行彈塑性求解；然后，根據微觀尺度模擬結果，基于不同的策略，提取固有應變張量；最后，將提取的固有應變張量作為初應變，逐層施加到宏觀尺度零件有限元模型中，預測殘余應力與扭曲變形。需要注意的是，金屬增材制造雖然本質上仍是焊接，但由于其逐層打印的物理特征，后沉積層的冷卻收縮會影響先前沉積層的變形和應力分布,同樣由于先前沉積層的約束,后沉積層的收縮也會受到限制。各層間的相互作用使得零件內應力應變變化更加復雜，直接根據原始的固有應變理論預測增材制造零件的殘余應力和扭曲變形存在較大誤差。針對這一問題，匹茲堡大學的梁軒（音）提出了一種適用于增材制造的修正固有應變法，引入了冷卻過程中后沉積層收縮引起的彈性應變演化對于固有應變的累積貢獻。標準件變形標定是采用指定的工藝參數，打印標準件（一般選用帶齒狀支撐的懸臂梁），測試切除基板后標準件的扭曲變形，與基于假設固有應變的數值模擬結果進行對比，以扭曲變形誤差低于門檻值為目標，對固有應變張量進行迭代優化，具體流程如圖5所示。
結束語
數值模擬是認識金屬增材制造復雜物理過程并實現優化工藝條件的重要手段，從目前資料看，大致可分為微觀尺度模擬與宏觀尺度模擬兩大類。
展開 
simufact.additive 新版本4.0正式發布
另一個在精度方面有提高的功能是空間相關工藝參數（固有應變）的定義。這種功能基于新且靈活、強大的數據校準概念，以此來收集固有應變參數。將預定義或用戶自定義的懸臂在構建空間內的任意位置進行建模，并提供項目具體的仿真參數，這樣一來，每個企業都能定制自己的個性化仿真環境。
5.AM工藝鏈：增強互通性
任何制造工藝仿真都可以通過對生產部件的后續分析實現效益最大化，例如對打印的工件進行結構或生命周期模擬。這些經過零件性能分析得到的質量結果，其本質上取決于制造過程后的物理狀態。Simufact Additive現在能夠與第三方軟件連接，映射相關的體積參數，并通過靈活有效的通用文件格式將其從工藝仿真轉移到結構分析領域。
自第一版Simufact Additive發布以來，Simufact一直注重軟件的互通性，以更好的將數據交換到許多機器供應商的專有軟件，如Renishaw的QuantAM和其他構建預備軟件，如Materialise Magics。隨著當前版本互通性概念的加深，Simufact將交換的可能性擴展到其他軟件解決方案。
6. 識別構建空間的局部效果，并通過用戶定義的標準來評定打印的工件
必須進行適當的校準才能從模擬中獲得準確的結果。更簡單、更快速的校準（機械，熱機械或熱校準）所需的基本細節和數據已經在圖形用戶界面（GUI）中預先設置好，內容包括單懸臂幾何、均勻各向同性固有應變，測量點和切割階段。從現在起，用戶可以根據自己的需要對這些校準參數進行調整。此外，用戶還可以根據空間相關的工藝參數校準幾何形狀。校準期間，用戶可以導入定制的幾何圖形包括基板以校準結果。
展開 關于大型構件焊接仿真的一些建議
一款只用來做固有應變分析的小眾軟件。網上的最新版本只有2012.一度我以為停止更新了。直到后來和ESI公司的人聊天才知道，后來ESI公司把這個軟件合并到viusal environment里面了。有機會下載用用。對于Weld Planner，作者用它做過幾次計算。優點和缺點都很突出，又愛又恨。
缺點：1.必須配合 viusal mesh 使用，才能進行計算。2.必須配合viusal viewer進行后處理，本身的后處理功能太弱。3.資料匱乏，報錯機會較多，很多情況不知道怎么解決，讓人抓狂。4.界面粗糙，簡單，基本無美感。4.如果你是正反對稱焊，一定要繞路，真的不適合你，在固有應變理論中，正反對稱焊會被完美對稱掉，基本沒有變形。
優點：1.計算速度快。2。計算速度快。3.計算速度快。對于作者這種大構件來說，速度意為著最大優勢。
MSC simufact welding。一款專注于焊接的軟件。功能越來越強大，專門的模塊，這個不做過多解釋，誰用誰知道。
幾個優點：1.他使用了MSC的求解器，所以在精度上可以保證。2.他不要求焊縫處的節點一一對應，3.可以對焊縫進行自動加密
缺點：熱源模型比較固定，隨著版本的跟新迭代，熱源在不斷更新，所有不太適合縱向課題研究，比較適合工程應用。
大總結：工程應用依次 推薦 simufactwelding 、MARC 、weldpanner 、abaqus
研究應用依次 推薦 、MARC 、abaqus 、simufactwelding 、weldpanner
注：（sysweld作者沒有深入使用，不便評價）
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展開 案例分享 | 如何減少輪胎胎面模具在增材制造過程中的熱變形？
03
仿真設置
我們使用宏觀力學算法來提高速度，并通過對標特定的變形量（也稱為固有應變）來確保精度。
試樣塊的變形量與金屬粉末的特性、激光速度、光斑尺寸、掃描策略和設備所處的環境相關。因此，我們需要根據設備實際使用時的固化狀態進行校準計算。
校核是一種依據實際物理測試獲得的變形量，通過仿真不斷自動修改應變量來獲得與實際一致的仿真變形量的方法。在對部分切割后的懸臂梁試樣的變形量進行測量并將變形結果輸入軟件后，軟件會計算出與實際變形量相對應的固有應變值。
04
校核結果說明
校核
說明：
在每個主方向（0°，90°）上打印懸臂梁試樣塊，切割試樣并測量變形量，然后將變形量輸入到Simufact增材制造仿真軟件中，計算出與實際變形量相對應的固有應變值。
圖 1. 切割試樣并測得變形量（Source_Metal3D）
實際變形量如圖1所示。
圖1包括了實際打印工藝的許多組變量參數，從而有效指導增材過程的模擬。
通過切割試樣塊測量變形量，我們確定了試樣置于0°時的變形量為2.14 mm，置于90°時為2.12 mm。
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03
仿真設置
我們使用宏觀力學算法來提高速度，并通過對標特定的變形量（也稱為固有應變）來確保精度。
試樣塊的變形量與金屬粉末的特性、激光速度、光斑尺寸、掃描策略和設備所處的環境相關。因此，我們需要根據設備實際使用時的固化狀態進行校準計算。
校核是一種依據實際物理測試獲得的變形量，通過仿真不斷自動修改應變量來獲得與實際一致的仿真變形量的方法。在對部分切割后的懸臂梁試樣的變形量進行測量并將變形結果輸入軟件后，軟件會計算出與實際變形量相對應的固有應變值。
04
校核結果說明
校核
說明：
在每個主方向（0°，90°）上打印懸臂梁試樣塊，切割試樣并測量變形量，然后將變形量輸入到Simufact增材制造仿真軟件中，計算出與實際變形量相對應的固有應變值。
圖 1. 切割試樣并測得變形量（Source_Metal3D）
實際變形量如圖1所示。
圖1包括了實際打印工藝的許多組變量參數，從而有效指導增材過程的模擬。
通過切割試樣塊測量變形量，我們確定了試樣置于0°時的變形量為2.14 mm，置于90°時為2.12 mm。
展開 simufact welding2020固有應變法焊接仿真
應該如何設置焊縫區域的固有應變呢，求大佬解答，可有償……
電子科大熊杰團隊Angew.精彩綜述：納米材料的電子結構調變與高效水裂解
【材料應力調制】
晶格應變（壓縮或拉伸）可以通過改變表面原子的分散和它們的鍵長來定制表面電子結構。根據引入晶格應變的不同策略，我們將應力分類為固有應變和“獲得的應變（acquired strain）”。在材料制備過程中自發產生固有應變產生故又應力。而其又受雜原子取代，晶格空位，相變，晶格失配和幾何效應等因素的影響。另一方面，外部操作引入了獲得的應變，并且能帶結構和原子結構的誘導變化可以導致電催化性能的優化。 值得注意的是，調節“獲得的應變”比固有應變更靈活。
圖五. 材料的能帶結構與應變的動態循環。
（a）g-C3N4的能帶結構，應變強度為4-6％; （b）ΔGH*值與H覆蓋率（θ）下的應變強度的關系; （c）不同H覆蓋率下g-C3N4的模擬HER能壘圖; （d）HER期間g-C3N4的動態應變循環圖。
圖六. 無機納米材料結構圖。
（a）單層MoS2@ NPG的圖; （b）單層MoS2@ NPG的橫截面HAADF-STEM圖像和（c）HR-STEM圖像。比例尺：1納米;（d）具有S平移的扭曲晶格結構（上圖）; S和Mo平移（下圖）。（e）原始單層MoS2和彎曲單層MoS2中的電荷密度分布。（f）DOS分布和（g）在連續S-Mo-S鍵角下的氫吸附自由能。
圖七. 脫鋰和鋰化過程對無機納米材料的影響。
（a）脫鋰和（b）鋰化過程如何引起面內應變進入Pt納米粒子并改變LiCoO2（LCO）基板的層間距（c）的示意圖：應變強度與d波段中心的能量;（d）OER中間體的結合能和過電位（η）與應變強度的趨勢。
展開 設計仿真 | Simufact Additive仿真預測電子產品打印缺陷，優化增材制造工藝
增材制造工藝仿真方案
Simufact Additive 增材制造仿真軟件主要功能包括鋪粉增材制造工藝仿真、鋪粉增材制造工藝缺陷分析仿真、金屬粘結劑噴射成型工藝仿真、機加仿真分析，算法上涵蓋了固有應變、熱學分析、熱力耦合分析，包含制造過程和校核功能分析，針對鋪粉增材制造工藝，軟件可實現增材過程分析、熱處理、熱等靜壓、線割、支撐移除等工藝過程全流程仿真分析。通過Simufact Additive對增材制造過程仿真分析主要打印變形、開裂、卡刮刀預測、收縮線、應力、應變、相變、匙孔、表面粗糙度等，并且軟件具有變形補償自動優化，能夠將優化后的結構導出STEP等格式，最終幫助用戶實現一次打印成功。
表殼增材應用案例
通過Simufact Additive增材仿真軟件對表殼增材工藝研究，軟件可以幫助研究不同的擺放角度對打印變形的影響、不同的支撐方式的影響、變形補償自動優化、打印后消除殘余應力熱處理等影響。該案例主要工藝過程為打印——線割——支撐移除。
如下圖所示展示了不同的擺放角度，通過Simufact Additive增材仿真可以快速獲取不同角度打印變形預測。
展開 
Ansys聯合Materialise推出業界領先解決方案，強化增材制造軟件技術
圖為使用全新 Ansys-Magics 仿真模塊進行固有應變仿真的總位移結果展示
"提高仿真的可及性，是支持客戶進行金屬3D打印的關鍵環節，"Materialise首席技術官兼執行副總裁Bart Van Der Schueren表示。"我們的目標是使用戶能夠在構建和數據準備的同時，無縫地運行有價值、高效的檢測和校正仿真，從而實現流暢的設計過程。此次合作將通過提供創新平臺以及使用戶能充滿信心地3D打印高質量產品的流程，來實現這一目標。"
"仿真改變了我們感知與世界互動的方式，" Ansys產品高級副總裁Shane Emswiler說。"無論是了解新材料的特性，還是重新審視標準化的產品配置，在AM工作流程中應用Ansys技術，意味著在產品生命周期的所有環節中，仿真都是必要的并且有價值的。"
展開 尋找增材制造的那根肋骨—DfAM與工藝仿真之路
Additive Print 使用固有應變算法進行增材制造工藝過程仿真，通過標定，輸入材料、幾何模型、支撐結構、掃描路徑、工藝參數等，預測去除基板前后的變形及應力分布，預測高應變區域及刮刀碰撞，并獲得優化支撐后的模型及變形補償STL模型，幫助增材工藝工程師們優化工藝參數，選擇最優擺放及支撐結構，從而保證打印精度有效控形，避免零件在成形過程中由于截面突變、支撐強度不足、應力集中等因素導致變形、尺寸超差甚至開裂。
同樣，作為面向增材設計工程師的Workbench Additive通過熱力耦合算法，可以對打印過程、熱處理過程的溫度變形和殘余應力及增材制造對應的相關后處理工序：去基板及去支撐過程的變形及殘余應力進行有效預測，且能與拓撲優化形成無縫流程，幫助工程師們完成DfAM增材制造設計一體化流程。
04結 語
盧秉恒院士在《增材制造技術——現狀與未來》一文中提出: 建立“應用發展為先導、技術創新為驅動、產業發展為目標”的研究發展思路，以推進增材制造技術的發展，為創新型國家建設提供有力支撐。借工藝仿真的力量，DfAM增材制造一體化流程得以更加完整，從制造過程的物性變化到復雜結構零件的成形風險控制，一件合格的產品，從設計到打印，乃至大批量增材制造零件的生產, 仿真都不能缺席。
作者：張圓，激光增材制造方向工學碩士，安世亞太DfAM賦能業務部增材工藝仿真工程師，擅長金屬增材工藝仿真及航空航天類零件增材工藝研發。
增材思維，數智未來
展開 行業應用方案 | 拓撲優化與增材制造
用戶可通過內置的增材制造約束條件實現拓撲優化和點陣設計，并可采用固有應變或熱固耦合方式預測零件變形和應力的預測。支持非線性和依賴溫度的材料屬性，和自定義后處理流程，從而設計出可以精確打印的零件、減少試錯實驗并加速制造過程。新增的設備工作文件的讀取，可以得到基于工作路徑的仿真結果。用戶還可通過微觀結構的仿真和分析，快速確定最佳工藝參數、應用新材料、加速創新并降低風險。
典型應用案例
Optisys-X-band使用集成化軟件進行了輕量化整設計，符合射頻性能，且固定部分做了整體設計。
增材制造可用于實現葉片復雜的冷卻結構成形，使葉片更加輕量化。
GE公司制造的這款增材制造的燃油噴嘴已經被用到了LEAP上，并進行批量化生產。
Stryker 3D打印的Tritanium TL弧形后部腰椎籠，采用類似骨小梁的結構設計，并可針對患者進行定制化。
展開 應用實例 | Simufact 增材制造工藝仿真助力保時捷薄壁件打印
圖4：在Simufact Additive里直接進行收縮線探測（左：打印件 右：仿真結果）
激光束粉末床熔融工藝仿真采用 Simufact Additive 軟件，通過固有應變方法完成求解。CAD 模型采用體素單元進行離散化，結合部件的壁厚，設置體素單元尺寸為 2mm。仿真結果包括應力分布和變形的預測以及最終形狀的輸出。圖 3 對比了仿真結果與CT測量結果。可以看到仿真結果與實物測量結果吻合的較好，表面偏置情況和變形量與實際完全符合。通過 Simufact Additive 進一步預測了成形缺陷“收縮線”。這些收縮線發生在匯聚部位的層與層之間，在凝固過程中留在表面上，外觀可見。圖 4 中可以看到實物打印部件的上部區域出現了收縮線，而仿真軟件準確的預測了這一成形缺陷，下一步可以基于該結果進行補償設計。
02 價值體現
本研究揭示了激光束粉末床熔融工藝在汽車薄壁結構中應用的可行性。然而，該工藝相對較高的成本將限制其應用范圍為：小批量、高端產品的制造。Simufact Additive 準確的預測了變形和收縮線，并可以基于仿真結果進一步進行改進工藝設計和驗證，最終實現一次成功打印的目標。
03 增材制造工藝仿真方案
Simufact增材制造工藝仿真包括：金屬粉床熔融（PBF、SLM、DMLS等）、金屬粘結劑噴射成型（MBJ）的增材制造工藝、以及送絲送粉的增材制造工藝（DED）。
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