材料失穩的案例
Dyna中模擬材料失穩的GISSMO失效模型 ￥20
材料失穩
塑性變形可分為兩個階段，在工程應力達到抗拉強度之前為均勻塑性變形，超過抗拉強度后出現頸縮現象（材料失穩），發生局部集中塑性變形。
對于常規的有限元算法，真實應力應變曲線出現下降段（材料失穩）以后，隱式算法往往表現出結果分叉，不收斂的情況，顯式算法則表現出強烈的網格依賴性。
材料失效與應力三軸度
對現有金屬材料研究發現，失效應變受應力狀態影響，材料所受應力狀態不同時，材料內產生的塑性變形與應力集中程度將不同，材料失效應變也會發生變化。
下圖為某鋁合金材料失效塑性應變與應力三軸度的曲線。
累積損傷算法
現有的結構損傷分析中，大多數采用線性累積損傷算法（如JC失效模型），不能準確反映實際的非線性累積損傷過程。非線性累積損傷模型相比線性累積損傷模型更能準確反映出實際的非線性累積損傷過程，而線性累積損傷模型偏保守。
不同失效準則和不同累積損傷算法的仿真差別
GISSMO失效模型
單元尺寸對失效應變的影響
由于材料失穩后的應變帶有強烈的網格依賴性，而損傷及失效應變均和材料失穩后的應變相關，為了消除單元尺寸對失效應變的影響，GISSMO本構中引入了單元尺寸和失效應變歸一化因子LCREGD。
實例驗證
以簡單的單軸拉伸試驗為例：
損傷閥值DCRIT設定為0.5時計算結果如下：
材料失穩后中間單元先失效，符合單軸拉伸試驗規律。
展開 首次實驗證實玻璃材料這種斷裂機制
玻璃是我們日常生產生活中不可或缺的重要材料，脆性是玻璃最突出的特征之一，災難性的脆性斷裂也制約了玻璃的更廣泛應用。對玻璃失穩斷裂機理的研究不僅關乎玻璃自身力學性能的優化，也對認識無序系統的力學失穩提供科學指導。傳統玻璃態材料（如氧化物玻璃）被認為是理想的脆性材料，根據經典的固體斷裂力學理論，其脆性斷裂是通過原子鍵的依次斷裂進行，而不發生原子的塑性流動。但是，近年來不少研究提出了傳統脆性玻璃也有可能在微觀尺度上發生塑性流動的觀點。關于玻璃斷裂時能否發生塑性變形一直是學術界長期爭議的基本科學問題。
玻璃家族的新成員，金屬玻璃（又稱非晶合金）不但具有優異的力學性能，也是研究玻璃態材料失穩斷裂的模型體系。金屬玻璃斷裂表面上可以呈現出豐富的、多尺度的圖案特征。如近年來在許多金屬玻璃的斷面上發現了納米尺度的周期性條紋。對這些斷面特征的研究不僅挑戰了人們對傳統的斷裂理論的認識，也揭示了遠離平衡態的無序固體體系力學失穩的復雜性和有序性。斷面圖案特征的形成必然和裂紋在玻璃固體中的形成和擴展過程密切相關。但觸發災難性脆斷的裂紋是如何起源，又是如何擴展的？這已經成為非晶態物理和材料領域內亟需回答的根本性問題之一。
近年來，大量的理論和模擬工作預言了金屬玻璃斷裂過程中的空穴（cavitation）行為，意識到空穴形成可能是主導金屬玻璃甚至其他非晶體系失穩斷裂的潛在機制。空穴化或孔洞聚集是塑性材料延性斷裂的典型特征，但是否存在于以金屬玻璃為代表的玻璃態材料的宏觀脆性斷裂中尚未得到確切的實驗證實。
展開 北京理工大學方岱寧院士、李營教授團隊Adv. Sci.綜述：智能驅動力學先進結構及其構筑原理的最新進展
基于應變失配原理，通過預設的材料部署（例如將兩種具有不同熱膨脹系數或溶脹率的材料粘合），可以實現具有主動變形能力和可控響應特性的超結構（如圖2）。第三種是力學失穩原理，包含了微觀和宏觀的結構失穩兩個層面。在微結構層面，材料被認為是幾種相的結合，其中均勻線彈性相具有正定模量，而非正定彈性模量相具有負剛度，這些成分由于相互約束而暫時穩定。根據勢能最小原理，微結構材料將按照能量最小的順序排列，具有非凸能勢的材料會跳過均勻變形，迅速躍遷到低勢能的位置，表現出相轉換、疇變、應變局部化等宏觀不穩定性。因此，基于材料失穩的超結構設計的核心是控制加載過程中材料最小勢能點的數量和最小勢能點出現的時間。在宏觀結構層面，力學不穩定表現為屈曲、扭曲、起皺、折疊、壓痕等，這些大變形和旋轉導致結構的模式轉換。基于力學失穩設計的AMMs如圖3所示。
圖2 基于應變失配原理的智能驅動力學超結構
圖3 基于力學失穩原理的智能驅動力學超結構
除了力學構筑原理，外激勵物理場的可控性和高效性也是AMMs設計的重要依據。
（1）熱驅動型AMMs，常用的材料包括形狀記憶聚合物或合金、過度金屬氧化物、熱響應液晶彈性體和熱響應水凝膠等，由于其控制手段簡便而被應用得最為廣泛。如圖4(a)所示，結合手性構型和形狀記憶聚合物，研究人員開發出了力學性能可調節、變形可恢復的智能超結構；圖4(c)展示了一種多材料水凝膠血管支架，能夠在人體內進行受控的藥物輸運和藥物釋放；如圖4(f)則是一種能夠通過環境溫度調節其力學性能的折紙結構。實際上，后面幾類基于電熱、光熱和磁熱原理的AMMs，本質上都屬于熱驅動型。
展開 案例27-帶有3D網格重劃分的結構鋼熱軋分析
如果網格重劃分之后在初始運行的不收斂時間之前又不收斂了，則新劃分的網格質量不夠好，或者存在其他與網格畸變無關的問題（如幾何或材料失穩）。
建議
要使用網格重劃分進行類似的三維模擬，請考慮以下提示和建議：
• 熱軋過程可以通過兩個載荷步的靜態分析進行模擬。第一個加載步驟推動鋼坯，直到鋼坯與輥子建立接觸，第二個加載步通過旋轉輥子拉動鋼坯。
• 網格重劃分之前，備份結果并在單獨的目錄中新啟動與初始運行相關的文件。重劃分會更新結果并重啟動文件，因此如果希望在另一個子步中嘗試重劃分，則原始文件將不再可用。
• 如果在原始網格過于扭曲的子步驟中執行網格重劃分（其中形狀檢查[SHPP或CHECK]指示錯誤），則網格重劃分將不起作用。因此，應在更早的子步中重劃分。
• 與原始網格相比過于精細的新網格可能會導致映射（MAPSOLVE）錯誤。
• 新網格的主要要求是它應正確捕捉變形模型的外表面幾何圖形。
• 重劃網格（REMESH、FINISH）后檢查模型，以驗證所有邊界條件、接觸對，并且載荷已經從原始網格正確地轉移到新網格。
• 重劃分后，如果分析在經過初始運行的發散時間后再次發散，則多次重劃分可能是必要的。如果分析在通過初始運行的發散時間之前再次發散，則新網格質量不足，或其他與網格變形無關的問題（如幾何和材料不穩定性）。
展開 
超高強鋼材料碰撞失效行為仿真預測技術研究
如不考慮損傷累積過程對材料承載能力的影響，則會低估結構失效風險。為此，*MAT＿81材料本構模型引入了應力衰退現象，當單元應塑性變εp達到臨界應變εc時，該單元硬化特性將進行縮放，縮放系數與損傷累積過程呈線性關系，其失效準則定義如下。*MAT＿81材料本構模型考慮了損傷與應力耦合效應，但模型失效準則簡單，應用場景有限。
式中，εc為臨界塑性應變；為單元修正后的應力值。
為克服不同的材料本構模型在預測失效行為的局限性，Neukamm等[9]針對LS-DYNA求解器開發了廣義增量應力狀態相關模型（Generalized In?cremental Stress State dependent Model,GISSMO）。GISSMO失效模型在MAT＿81基礎上進一步引入了自定義失效準則、非線性損傷累積、非線性損傷-應力耦合以及單元尺寸、應變率效應修正等特性，可以更加準確地描述金屬材料在變形過程中損傷行為。在GISSMO損傷模型中，單元損傷累積值D及失穩累積值F可表示為：
式中，n為損傷及失穩累積值累積指數；β(Le,η)為與單元特征長度Le及應力三軸度η有關的修正項；εc為當前時間增量步對應的材料失穩極限值。當單元的失穩累積值F達到設定上限時，通過以下方式對單元的進行修正：
式中，m為應力退化指數；Dc為單元達到失穩上限時刻對應的損傷累積值。
由上述的各個失效模型原理可知，GISSMO模型是目前LS-DYNA求解器功能最為完整的失效模型，在對超高強鋼材料碰撞失效行為仿真預測精度有較高要求時，推薦使用該模型來表征材料失效行為（表1）。
展開 【PFC6.0】三維Cluster模擬混合料混凝土
材料失穩必然是集料發生了破壞。第二是破壞后，破裂面其實是會在集料邊緣繞行的。
這里應該可分析的東西挺多的，精力有限，暫不做深入的分析。
還是按老規矩，集贊50可得當前項目包。
Nature子刊：塑性變形剪切帶新認識！
非晶合金,又稱金屬玻璃,是兼有一般金屬和玻璃優異的力學、物理和化學性能的新型合金材料。非晶合金無序的原子結構使其成為具有高強度、高韌性、高彈性等一系列優異的力學性能的新型結構材料。不同于晶態合金中存在位錯、晶界等承載變形的晶體缺陷，非晶合金的室溫變形高度集中在納米尺度的剪切帶內，局域剪切帶的軟化和擴展最終導致非晶材料的失穩斷裂。剪切帶是非晶材料形變和流變的載體，對剪切帶的認知和調控，是突破玻璃體系脆性瓶頸的關鍵。然而，由于沒有直觀可見的類似晶體位錯的形變單元，非晶合金中剪切帶的形成及演化機制的物理圖像、剪切帶之間是否又相互作用尚不清晰。
非晶合金塑性變形形成剪切帶的過程被看作是一系列剪切轉變區（STZ）的激活和協同重排，剪切帶內部結構相對周圍母體發生巨大變化，剪切帶的形成和擴展也往往伴隨著粘滑運動、絕熱升溫、納米晶化等新奇物理現象。然而研究者對剪切帶的具體厚度這一基本問題還沒有達成共識。早期，透射電子顯微鏡揭示剪切帶的直觀厚度是幾十納米的原子結構重排區域。
近年來，納米壓痕、放射性示蹤、納米束X射線衍射、X射線光子關聯譜等一系列實驗方法發現，圍繞著剪切帶存在著更廣泛分布的影響區。中心剪切帶形成的同時，其周圍一定范圍母體也參與到變形和結構重排，這迫使人們需要重新認識非晶合金的應變局域和塑性變形機理。但是，由于分辨率和靈敏度等差異，不同實驗方法得出的剪切帶影響區寬度差別較大，尺度跨域納米到亞微米，亟需新的實驗手段來全面且精準的揭示剪切帶影響區。
展開 Abaqus聯用USDFLD+HETVAL子程序分析慢速烤燃 ￥99
21.04.24補充說明：
怎么看有沒有點火（著火）：計算結束時直接停止，可以畫下溫度-時間曲線，若溫度梯度很大，說明材料內部已失穩，請參考文獻試驗與仿真結果：
2. 升溫速率怎么更改：請在 邊界條件 根據情況修改升溫速率。
初始正文
含能材料在慢速烤燃試驗中因內熱源的存在，即受熱分解，最終引導燃燒、爆炸等劇烈反應。采用HETVAL子程序的一步分解慢速烤燃模型請參考：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1300451
然而有時反應并不是一步完成的，需要多步反應模型，此時HETVAL并不夠用。為此，調用強大的USDFLD子程序跟HETVAL聯用解決問題。當然，USDFLD非常強大，本例僅演示其與HETVAL的聯用并分析慢速烤燃過程。
本例提供HETVAL、USDFLD子程序、cae及inp源文件，咨詢請聯系我 QQ：180280578。
附件包括詳細建模過程、材料參數、注意事項及子程序。
展開 持久狀況的計算。
鋼筋混凝土構件除了可能由于材料強度破壞或失穩等原因達到承載能力極限狀態以外，還可能由于構件變形或裂縫過大影響了構件的適用性及耐久性，而達不到結構正常使用要求。因此，鋼筋混凝土構件除要求進行持久狀況承載能力極限狀態計算外，還要進行持久狀況正常使用極限狀態的計算，以及短暫狀況的構件應力計算。
不同之處如下:
(1) 鋼筋混凝土受彎構件的承載能力極限狀態是取構件破壞階段，而使用階段一般取梁帶裂縫工作階段；
(2) 在鋼筋混凝土受彎構件的設計中，其承載能力計算決定了構件設計尺寸、材料、配筋數量及鋼筋布置，以保證截面承載能力要大于最不利荷載效應 ，計算內容分為截面設計和截面復核兩部分。使用階段計算是按照構件使用條件對已設計的構件進行計算，以保證在正常使用狀態下得裂縫寬度和變形小于規范規定的各項限值，這種計算稱為“驗算”；當構件驗算不滿足要求時，必須按照承載能力極限狀態要求對已設計好的構件進行修正、調整，直至滿足兩種極限狀態的設計要求。
(3) 承載能力極限狀態計算時汽車荷載應計入沖擊系數，作用(或荷載)效應及結構構件抗力均應采用考慮了分項系數的設計值；在多種作用(或荷載)效應情況下，應將各效應設計值進行最不利組合，并根據參與組合的作用(或荷載)效應情況，取用不同的效應組合系數。
正常使用極限狀態計算時作用(或荷載)效應應取用短期效應和長期效應的一種或兩種組合，并且《公路橋規》明確規定這是汽車荷載可不計沖擊系數。
展開 拉深模的基本原理
起皺：切向壓應力太小，失穩
4． 工件邊緣呈鋸齒狀：毛坯邊緣有毛刺。
5． 工件邊緣高低不一：毛坯中心與模具中心不一致，或是由于材料壁厚不均，凹模圓角半徑，模具間隙不均。
6． 危險斷面顯著變薄：圓角半徑（模具）太小，壓力力太大。
7． 工件底部拉脫：凹模圓角太小。材料處于切割狀態
8． 工作凸緣折皺：凹模圓角半徑太大，拉深未了時壓力圈壓不到，起皺后被繼續拉入凹模。
ABAQUS非線性屈曲分析
屈曲分析主要用于研究結構在特定載荷下的穩定性以及確定結構失穩的臨界載荷，屈曲分析包括： 線性屈曲和非線性屈曲分析。線彈性失穩分析又稱特征值屈曲分析；線性屈曲分析可以考慮固定的預載荷，也可使用慣性釋放；非線性屈曲分析包括幾何非線性失穩分析， 彈塑性失穩分析（材料非線性失穩分析）， 非線性后屈曲分析（包含幾何非線性和材料非線性）。
ABAQUS屈曲分析有三種方法：
1、直接施加極值載荷，拉出力-位移曲線，查看區區狀態。這種方式不適合對稱結構，如一塊板、或圓筒，軸向加載時分析不出屈曲效果；
2、特征值屈曲分析方法，可以評估結構的屈曲臨界值，但是只能是線性分析；
3、Riks法，這種方法可以計算最大臨界載荷和屈曲后的后屈曲響應，可查看后屈曲狀態，可以考慮材料非線性、幾何非線性及初始缺陷的影響，其中初始缺陷通過特征值屈曲模態、振型及一般節點位移來表述。
我們此次課程中采用屈曲分析方式，先計算屈曲模態，也就是先做特征值屈曲分析，此分析為線性屈曲分析，在小變形的情況下進行，得出臨界載荷（一般取一階模態的eigenvalue乘以加載的單位載荷1），且需要在inp文件中輸入如下圖字符，輸入次字符的目的是將初始缺陷的節點輸出為.fil文件；然后將1階屈曲模態做為初始缺陷引入極限載荷后屈曲分析，后屈曲分析可以定義非線性材料及幾何非線性，所以risk屈曲分析也成為非線性屈曲分析.
展開 
Nature Materials：金屬晶體的快速生長機制！
我們選擇快速降溫過程中的Tsp的平均值，即紅色水平虛線作為該材料的液體失穩溫度。
【小結】研究人員利用經典分子動力學模擬方法，深入研究了金屬晶體超快的生長速率，發現了無能量勢壘的生長機制，并給出了清晰的解釋和圖像。在過去的經典理論中，晶體的生長往往從液體動力學的角度考慮。而孫剛博士等人提出的結晶機制，將誘發人們新的思考。
碳纖維復合材料結構設計要點
如何確定部件的使用載荷，不會超出部件的能力極限，是通過材料力學計算得出。而部件的這個能力極限，就是碳纖維復合材料結構設計者需要考慮的問題。
通過合理的搭配纖維和樹脂，優化纖維排布，用最少的材料，滿足設計需求，體現了復合材料設計者精湛的技巧。不過決定復合材料強度與剛度的因素，不但與纖維和樹脂的種類有關，還與碳纖維的鋪層方向以及層與層之間結合搭配有關。
所以，設計者在設計碳纖維復合材料結構部件時，需要考慮三個層級結構的力學性能。
由基體和增強材料復合而成的單層材料，其力學性能決定于組分材料的力學性能、相幾何(各相材料的形狀、分布、含量)和界面區的性能。
由單層材料層合而成的層合體，其力學性能決定于單層材料的力學性能和鋪層幾何(各單層的厚度、鋪設方向、鋪層序列) 。
最頂層結構是指通常所說的工程結構或產品結構，其力學性能決定于層合體的力學性能和結構幾何。
穩定性
除了強度與剛度要求，設計者還需考慮復合材料部件的失穩，尤其是對一些細長桿結構，在受壓時，應該能夠保證其原有的直線平衡狀態。對于一些框架結構部件，如果鋪層不均勻，也會產生翹曲失穩，所以在制造過程中尤其注意。最好采用對稱鋪層，以防變形不均勻。
一般情況下，在部件沒有達到極限載荷之下，不允許產生失穩現象。但是如果對于一些特殊要求，可以產生失穩現象，那么設計過程中，要考慮失穩過程不會因此影響極限載荷。
鋪層結構
鋪層結構是碳纖維復合材料結構設計的關鍵，如何把單層結構的優異性能傳遞到復合材料結構部件上，鋪層結構起到承上啟下的作用。關于復合材料鋪層應注意以下幾點：
1. 樹脂是碳纖維復合材料力學性能的短板，所以盡量避免將載荷直接加到層間或者樹脂之間。
展開 碳纖維復合材料結構設計要點
一般情況下，在部件沒有達到極限載荷之下，不允許產生失穩現象。但是如果對于一些特殊要求，可以產生失穩現象，那么設計過程中，要考慮失穩過程不會因此影響極限載荷。
鋪層結構
鋪層結構是碳纖維復合材料結構設計的關鍵，如何把單層結構的優異性能傳遞到復合材料結構部件上，鋪層結構起到承上啟下的作用。關于復合材料鋪層應注意以下幾點：
1. 樹脂是碳纖維復合材料力學性能的短板，所以盡量避免將載荷直接加到層間或者樹脂之間。也就是說，0°、±45°、90°的纖維都要有，否則載荷會將部件從沒有纖維排布的方向撕裂。
2. 為了防止層合板邊緣開裂，盡量避免重復單一方向的鋪層，設計時最多不超過5層。
3. 為了防止最外層鋪層的剝離，在部件的主載荷方向，應鋪放±45°纖維，而不能鋪放0°和90°纖維。另外，避免最外層鋪層間斷或不完整。
4. 若使用非對稱鋪層，每層因同方向上熱膨脹系數不同會出現翹曲，因此，一般要采用對稱鋪層。
5. 當增加補強鋪層時，每層階梯最少要3.8-6.4mm，附加鋪層也應盡量采用對稱鋪層。
連接
碳纖維復合材料部件開發過程中，不太可能都采用整體成型技術，需要進行部件與部件之間的連接的，則需要對連接形式進行設計。
一般來講，碳纖維復合材料部件的連接有三種形式：機械連接、膠結連接、混合連接。機械連接適用于連接件厚度大、可靠性要求較高、傳遞較大集中載荷的情況。膠結主要是利用粘結劑將零件連接成不可拆分的整體。
混合連接是膠結和機械連接的組合，它可以提高抗剝離、抗沖擊、抗疲勞、抗蠕變等性能。
疲勞與沖擊損傷
復合材料的疲勞與金屬材料相比，必須考慮溫度、濕度、沖擊損傷等因素。大多數情況下，沖擊損傷在結構設計中覆蓋了疲勞問題。
展開 ANSYS復合材料仿真分析及其在航空領域的應用
三.復合材料結構屈曲失穩實例
1.工程背景：飛機的復合材料結構中，板加筋結構形式最為常見，如壁板、隔框、翼盒等。通常，飛機的復合材料加筋板的厚度較薄，因此結構分析不僅僅是判斷材料的失效破壞和層間剪切破壞，還應該關注結構是否屈曲失穩而破壞。利用ANSYS對某復合材料……
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