拉伸材料的案例
哈佛大學鎖志剛院士團隊開發(fā)出高韌性、低滯后的可拉伸材料
彈性體和凝膠等可拉伸材料常被用于可拉伸電子設備、軟體機器人、藥物輸送和組織再生等領域。而這些領域通常需要材料具有高韌性和低滯后性。高韌性可以消耗較多的能量來抵抗裂縫生長，低滯后性可以在拉伸和恢復過程中耗散較少的能量。然而，因為韌性和滯后是由不同的能量耗散機制引起的，通常具有相關性，難以同時滿足這兩個要求。
高度拉伸的單一聚合物網(wǎng)絡彈性體或水凝膠具有低滯后性和低韌性。可以通過引入犧牲鍵、纖維或多重聚合物網(wǎng)絡的方法來提升單一聚合物網(wǎng)絡的韌性。這些方法可以有效平衡韌性和滯后的關系。在含有犧牲鍵的材料中，無論是否可修復，當負載的大小超過某一閾值時，裂縫也會隨著拉伸循環(huán)不斷地生長，產(chǎn)生所謂的疲勞斷裂，使拉伸時的應力-應變行為復雜化，不利于在機器人、傳感器和致動器中的實際應用。
美國哈佛大學John A. Paulson工程與應用科學學院的鎖志剛教授課題組打破了韌性與滯后的相關性，提出了一種在不引入犧牲鍵的前提下，同時實現(xiàn)高韌性和低滯后性的策略——即采用具有強粘結力的低彈性模量基體和高彈性模量纖維組成復合材料。有趣的是，采用的基體和纖維都具有低滯后（5％）和低韌性（300 J/m2），而其復合材料卻體現(xiàn)低滯后和高韌性（10,000J/m2）?；w和纖維都易于發(fā)生疲勞斷裂，而復合材料具有高度抗疲勞性。相關工作以“Stretchable materials of high toughness and low hysteresis”為題，發(fā)表在《PNAS》上，第一作者王正錦博士。
研究者首先利用制備聚二甲基硅氧烷（PDMS）的復合材料來實現(xiàn)這一策略。材料前驅體分為基體（A）和固化劑（B），定義重量比為A/B = 10/1為“硬PDMS”，并將固化劑含量更小的樣品稱為“軟PDMS”。
展開 一文搞懂：金屬材料的拉伸試驗 附《金屬材料 拉伸試驗 第1部分：室溫試驗方法》下載
8）用游標卡尺測量縮頸處最小直徑
3、金屬材料拉伸過程中的四個階段
試驗最終得到的拉伸曲線，實際上是載荷－伸長曲線，在這個曲線中有四個階段：彈性階段、屈服階段、強化階段、頸縮階段。
1）彈性階段: 隨著荷載的增加，應變隨應力成正比增加。如卸去荷載，試件將恢復原狀，表現(xiàn)為彈性變形，此階段內(nèi)可以測定材料的彈性模量E。
2）屈服階段: 普碳鋼：超過彈性階段后，載荷幾乎不變，只是在某一小范圍內(nèi)上下波動，試樣的伸長量急劇地增加，這種現(xiàn)象稱為屈服。如果略去這種荷載讀數(shù)的微小波動不計，這一階段在拉伸圖上可用水平線段來表示。塑性變形是突然開始且載荷數(shù)會突然下降，如果全部卸除荷載試樣將不會恢復原長表現(xiàn)為永久形變。而對于鋁合金來說，彈性區(qū)域的結束點并非伴隨著載荷的突然下降或其他明顯的變化從彈性階段到塑性階段是一條平滑漸變的曲線。
3）強化階段：試樣經(jīng)過屈服階段后，曲線呈現(xiàn)上升趨勢，由于材料在塑性變形過程中不斷強化，材料的抗變形能力有增強了，這種現(xiàn)象稱為應變硬化。若在此階段卸載載荷到零時，變形并未完全消失，應力減小至零時殘留的應變稱為塑性應變或殘余應變。
4）頸縮階段和斷裂階段，試樣伸長到一定程度后，荷載讀數(shù)反而逐漸降低。
展開 基于Abaqus的隨機纖維增強復合材料拉伸試樣建模插件
二、 模型
此插件目的在于生成拉伸試樣模型，拉伸試樣模型尺寸如下圖所示，符合JIS K7162-1994：塑料－拉伸特性的試驗方法，JIS K7139-2007：塑料－多用途的試樣、ISO527-2塑料-拉伸性能測定標準
插件生成模型長為170
三、 插件啟動方式
四、 啟動隨機纖維增強復合材料拉伸試樣建模插件，啟動后界面如圖所示
用戶可定義：纖維長度、纖維直徑、纖維體積含量（小數(shù)形式）
確認生成之前將Abaqus選至裝配模塊可大大加快生成速度
五、 生成效果
插件可直接生成裝配完成的模型
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展開 基于workbench19.2的金屬材料拉伸仿真 ￥5
塑性材料拉伸力學實驗的詳細實驗方法可參考國家標準《GB/T 228.1-2010 金屬材料 拉伸試驗 第1部分：室溫試驗方法》。本文以圓形截面拉伸試驗樣件為例利用ansys Workbench仿真塑性材料拉伸力學試驗。根據(jù)GB/T 228.1-2010試驗樣件尺寸如下圖所示。
取直徑d0=10mm，L0=5*d0=50mm，Lc=L0+d0/2=55mm，Lt>Lc+4*d0，取Lt=115mm。
2、ANSYS Workbench仿真分析
2.1 材料設置
在ANSYS Workbench中創(chuàng)建結構靜力學分析項目（Static Structural）。設置材料參數(shù)如下：楊氏模量2E11 Pa，泊松比0.325，屈服極限（Tensile Yield Strength）350Mpa，強度極限（Tensile Ultimate Strength）516Mpa。塑性階段采用Multilinear Kinematic hardening(多線性隨動強化模型)材料本構關系模型，用列表形式輸入應力與塑性應變。（關于Multilinear Kinematic hardening(多線性隨動強化模型)材料模型的介紹可
可用電子拉力機對小試件做力學性能試驗來確定的。通過試驗可以得到上述材料應力應變曲線圖。注意試驗得到的是總應變，而在上面材料模型中需要的是Plastic Strain，所以還需將試驗所得的總應變減去對應的彈性應變（即屈服點之后的每一個試驗點的總應變減去這個點對應的彈性應變，其中彈性應變=應力/彈性模量，這里不考慮其他因素影響近似認為總應變=彈性應變+塑性應變）。
有限元模型
載荷邊界設置
如果拉力過小會出現(xiàn)試件根本拉不到屈服階段，如果過大則會導致應力范圍超過之前設定的范圍，而出現(xiàn)計算出錯。
展開 
為什么材料拉伸試驗要用“引伸計”
目前土木工程試驗中較常用電子引伸計，如各類材料的拉伸試驗。而電子引伸計又可分為軸向引伸計、橫向引伸計和夾式引伸計。本文主要談談對
軸向電子引伸計（測量試件沿加載方向的線變形）的一些理解，如圖1，其包括
刀刃、
標距桿、
標距桿墊片、
力臂等部件。
圖1 軸向電子引伸計
2. Why it ?| 為什么需要用引伸計？
目前多數(shù)試驗機都能記錄加載頭的位移，利用位移計也能測量試件的變形，這兩者相對于引伸計的安裝和使用都方便太多，所以剛開始做材料拉伸試驗時，我對試件上額外添加一個引伸計是疑惑的。
那么使用引伸計的意義是什么？
結合試驗來談一談會一點。
當進行材料拉伸試驗時，試件所受荷載可以直接從試驗機獲得，記為
F；試件的“受拉伸長量”也可以直接從試驗機獲得，記加載頭位移為
d；那拉伸試驗的荷載-位移曲線不就已經(jīng)可以繪制了么？如果試件的截面積為
A，原長為
l，那
σ=
F/
A、
ε=
d/
l后拉伸試驗的應力-應變曲線也能得到。
圖2 應力-應變曲線
好像有道理哈？別被我?guī)耍乙婚_始就是這么想的~然而用上述方法一算，木材約10000
MPa的彈性模量（
E=
σ/
ε），印象里我干出來就只有5000
MPa左右？？？
所以引伸計的意義，就是更“精確”。
展開 基于Abaqus的隨機纖維增強復合材料拉伸試樣建模插件2.0
復合材料研究是目前一個較為熱門的方向，復合材料主要分為：①纖維增強復合材料②夾層復合材料③顆粒復合材料④混雜復合材料；對于纖維增強復合材料來說，又分為連續(xù)增強復合材料、短纖維增強復合材料。短纖維增強復合材料，其優(yōu)點在于比強度高、比模量大、可設計性高、耐腐蝕、抗疲勞等，因此成為近年來的研究熱門。
有限元仿真是研究材料力學性能的重要手段，而仿真的第一步即為模型的建立。由于短纖維增強復合材料的有限元模型需要考慮隨機的纖維分布，如果纖維束數(shù)量較多，則手動在abaqus中直接建模工作量會過于繁重，因此本文介紹了一種基于abaqus的建模插件，可以成功快速實現(xiàn)隨機纖維增強復合材料拉伸試樣模型的建立。
一、新增功能
爭對此，可對隨機纖維增強復合材料拉伸試樣進行插件建模，在前一版本中，主要基于下面的標準試樣進行短纖維模型的建立。
插件版本1.0
但是實際中，不同研究人員所用拉伸試樣尺寸可能不一致，為解決這一問題，發(fā)布了復合材料拉伸試樣插件2.0版本了，在該版的插件中，我們將拉伸試樣的尺寸考慮在內(nèi)，將試樣尺寸變成為用戶自定義的參數(shù)。
展開 我在材料拉伸過程中為什么總是看不到材料被破壞呀
我在材料拉伸過程中為什么總是看不到材料被破壞呀
超薄電子產(chǎn)品外殼用復合材料動態(tài)拉伸力學行為特征及其失效機理研究
圖1 消費電子產(chǎn)品
聚碳酸酯（PC）及其復合材料因其優(yōu)異的綜合性能，已成為高端電子產(chǎn)品外殼的首選材料。然而，該復合材料在服役時極易受到較強的沖擊載荷，因此，掌握纖維增強 PC 復合材料在寬應變率范圍內(nèi)的力學行為特征和失效機理顯得尤為重要。
本文使用注塑成型工藝制備玻璃纖維增強 PC 復合材料，在 0.001～ 1000 s-1應變率范圍內(nèi)開展纖維方向不同的玻璃纖維增強PC復合材料的拉伸力學行為實驗研究，并結合掃描電鏡對材料的失效機理進行系統(tǒng)分析。
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樣品制備
實驗采用與商業(yè)化電子產(chǎn)品外殼相同的制備工藝——注塑成型，確保材料微觀結構與實際產(chǎn)品一致。材料體系為短玻璃纖維增強PC復合材料，玻璃纖維質量分數(shù)為20%，纖維長度控制在0.1-0.2mm。
制備的平板試樣厚度控制在2.0mm，隨后按0°（流動方向）、45°和90°（垂直流動方向）三個方向切割成標準測試試樣，模擬外殼注塑成型后不同位置的纖維取向狀態(tài)。
圖2 拉伸試件的加工及試件尺寸（單位：mm）
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評價方法設計
不同應變率下的拉伸實驗均在室溫下進行。
準靜態(tài)拉伸實驗在電子萬能材料實驗機上（圖3）開展，試件標距段長度為 7 mm，因此，設置拉伸速率為 0.007 mm/s。
圖3 25t電子萬能試驗機
中應變率拉伸實驗設備為高速拉伸實驗機（圖4），設置拉伸速率為 7 mm/s。
圖4 高速拉伸實驗機
動態(tài)拉伸實驗在分離式霍普金森桿裝置（見圖 5）上開展。動態(tài)拉伸實驗中，采用高強度粘膠將試件粘貼于入射桿和透射桿之間，氣室中的壓縮氣體推動炮管內(nèi)圓環(huán)管，圓環(huán)管撞擊入射桿端部的法蘭盤，在入射桿內(nèi)部產(chǎn)生拉伸應力波。
展開 基于Prisms晶體塑性軟件FCC材料拉伸壓縮軋制的織構演化------案例十五 ￥199
? 基于Prisms晶體塑性軟件FCC材料拉伸壓縮軋制的織構演化
案例實操
1，基于dream3d管道生成長寬高為32*32*32的多晶模型，共包含322個晶粒
2，對于fcc，bcc材料分別施加工程應變?yōu)?0%的拉伸和壓縮載荷
3，得到材料的應力應變曲線和變形后的取向分布情況
材料的初始取向分布
初始的晶體幾何模型
拉伸變形后材料的等效應力分情況
拉伸變形后等效塑性應變分布情況
拉伸變形后的取向分布
模型的應力應變曲線
壓縮變形后等效應力分布情況
壓縮變形后等效塑性應變分布情況
壓縮變形后的取向分布
平面應變壓縮變形后應力分布
平面應變壓縮變形后等效塑性應變分布
平面應變壓縮的取向分布（相比于vpsc軋制織構不明顯）
展開 郭傳飛、任志鋒《先進功能材料》綜述: 柔性電子學—可拉伸電極及其未來
隨著可穿戴和可植入式電子設備的出現(xiàn)，以及對智能軟體機器人不斷增長的需求，學術界和工業(yè)界已將目光投向了研制開發(fā)同時具有優(yōu)異力學柔性和電學特性的功能電子材料，而可拉伸電極材料是基礎關鍵。
圖1 柔性電極、柔性電子設備和軟體機器人之間關系的示意圖
文章系統(tǒng)比較了不同電極材料的光電性能和力學性能，并對常用電極材料的優(yōu)缺點進行了評述。此外，文章還深入探討了材料的幾何形狀設計（圖2）、襯底選擇以及電極-襯底粘附力對電極拉伸性能的影響，揭示了設計制備可拉伸電極的一種通用策略，并闡釋了具有生物相容性的可拉伸電極在人體（圖3）和新型智能仿生電子產(chǎn)品（圖4和圖5）中的應用。
圖2 可拉伸電極的幾何形狀與剪紙結構設計
圖3 柔性電子器件在人體上的應用
圖4 多功能電子皮膚的特性示例
圖5 柔性電極在電驅動軟體驅動器的應用示例
文章最后指出，雖然柔性電子領域取得了很多令人鼓舞的進展，但依然面臨著巨大的挑戰(zhàn)。同時集成了物理、化學和電生理信號測試傳感功能的可穿戴綜合醫(yī)療健康監(jiān)測系統(tǒng)，可以為人們提供一個更加全面的個人生理健康狀態(tài)圖像，是未來醫(yī)療健康領域發(fā)展的方向。此外，將具有不同功能的柔性電子元件（包括傳感、驅動、數(shù)據(jù)傳輸和分析、能源，以及能量收集轉化系統(tǒng)等）集成于一體的智能柔性電子系統(tǒng)能夠對內(nèi)部和外部信號進行實時感應和動態(tài)反饋，是智能制造領域的熱點研究方向之一。隨著柔性電子和人工智能時代的到來，可拉伸電極和電子元件與生物體的有機集成，以及開發(fā)具有柔性幾何結構設計和實時自主感應反饋的全軟體機器人，將成為越來越重要的跨學科領域。
文獻鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.20180592
（Adv. Funct.
展開 基于GTN模型的金屬材料拉伸頸縮現(xiàn)象模擬（原創(chuàng)案例賞析，如轉載，請注明出處）
分析類型：基于GTN模型的金屬材料拉伸頸縮現(xiàn)象模擬
分析平臺：ANSYS17
技術難點：損傷力學 GTN模型 拉伸頸縮
關鍵詞：損傷力學 GTN模型 拉伸頸縮 孔洞生長和聚合
完成人：技術鄰ANSYS專家
業(yè)務咨詢網(wǎng)址：http://www.yqgqt.org.cn/content/other/402981
技術背景：延性金屬的微觀損傷
工程意義：金屬損傷
研究對象：金屬圓桿
模擬過程：金屬材料拉伸頸縮現(xiàn)象模擬
GTN模型的適用范圍：延性金屬
微觀尺度的孔洞形核 生長和聚合模型
孔洞的演化方程
微觀塑性應變的演化方程
孔洞的形核有兩種：應力和應變
GTN模型的屈服準則
單元建模：
采用軸對稱
金屬干的軸對稱模型
GTN模型的材料定義
分析類型：靜力分析，（動態(tài)分析還沒有做，后續(xù)做出來再show一下）
邊界條件：下端固定，上端施加位移
計算結果
基于GTN損傷模型的延性金屬拉伸頸縮現(xiàn)象模擬
載荷位移曲線
后續(xù)可進一步的研究：
1、基于GTN的動態(tài)損傷、斷裂分析和裂紋擴展研究
2、動力學的GTN模型分析
作者說明：
ANSYS采用GTN的本構，利用宏觀的有限元方法實現(xiàn)模擬微觀尺度的延性金屬的損傷過程，但無法顯示孔洞的形核 生長 聚合甚至裂紋形成等微尺度信息，但可以從宏觀角度以較少的計算費用實現(xiàn)結構的損傷分析，相比于分子動力學，這個方面的優(yōu)勢非常明顯。
另外分享一個基于分子動力學（MD)的金屬拉伸的孔洞形核、生長和聚合的數(shù)值仿真案例
展開 
帶孔復合材料拉伸模型 ￥2
B站帶孔復合材料拉伸模型
『下載』如何將拉伸試驗所得的材料數(shù)據(jù)輸入到材料庫中
如何將拉伸試驗所得的材料數(shù)據(jù)輸入到材料庫中，建立流動應力曲線
帶孔復合材料拉伸（0厚度cohesive模型）文件 ￥3
B站帶孔復合材料拉伸（0厚度cohesive模型）文件
帶孔復合材料層合板拉伸失效VUMAT子程序 ￥45
B站子程序VUMAT，帶孔復合材料拉伸
