材料評估的案例
塑料螺旋流動測試：評估材料充模能力的核心方法
塑料螺旋流動測試（Spiral Flow Test） 作為一種標準化且直觀的評估方法，被廣泛用于量化樹脂的流動性，從而直接預測其充模能力。該方法通過測量樹脂在特定工藝條件下于螺旋形流道中的流動長度，為材料選擇、工藝設定和質量控制提供了關鍵數據。
01
測試原理
螺旋流動測試的核心在于：模具中的流動長度是樹脂粘度與注射壓力、填充速率（注射速度）、熔體溫度和設定條件的函數。測試使用一個具有特定截面厚度和圓形螺旋流道的專用模具。在模擬的典型注塑條件下，熔體被注入模具，并在流動中冷卻固化。最終測得的流動長度（螺旋流動度） 即是材料在該套條件下流動性的量化體現。粘度越低，流動越長，其潛在的充模能力也越強。
核心裝置：測試使用標準化的螺旋模具，通常為阿基米德螺線形，具有恒定的矩形流道截面和明確的厚度。模具中心設有進料口，材料由此注入。
02
從材料評估到生產指導
螺旋流動測試的價值在于其直接關聯工程實踐的多個方面：
評估批次一致性，監控材料性能：這是測試的基礎應用。流動（粘度）的變化為每批材料的流動性能、結晶度和凍結時間提供了直接指示。“任何主要的批次間流動差異，都將有理由采用更精密的測量方法并與材料供應商討論。” 這對于保證生產穩定性至關重要。
篩選材料，預測復雜模具填充性：在開發新產品或使用新模具時，測試是評估材料是否適用的快速手段。對于難以填充的模具（hard-to-fill tools），它可以明確指出樹脂在標準條件下是否具備填充所需的流動長度。以尼龍材料的選擇為例：在制造電纜扎帶時，尼龍6/6因其優越的流動填充特性成為首選材料。與尼龍6/6相比，尼龍6具有更高的伸長率，但流動性較低。兩者性能均可良好，但基于流動性和經濟性，尼龍6/6是主要材料。
展開 Ansys Workbench正交各項異性（橫觀各向同性）材料強度失效評估 ￥10
教材《工程材料力學行為》一書中提及了各向異性材料的失效校核方法：
纖維增強塑料就是一種各向異性材料，在纖維方向和垂直纖維方向，材料的力學屬性有顯著差異。因此我們可以使用上述Hill強度評估方法來校核纖維增強塑料的強度評估。
同時我們可以假設纖維增強塑料是一種特殊的各向異性材料，在垂直纖維方向的平面內材料又是各向同性的。這樣Hill材料常數H、F、G、N、L、M的計算，就由、六個測試數據，變為=四個數據。
通常我們是可以查到PA基體的力學參數（拉伸屈服強度）和PA+GF20 的拉伸屈服強度。
? 這里可以近似理解為玻纖方向的=130MPa即為PA+GF20的拉伸屈服強度
? ==74MPa為純PA的拉伸屈服強度，
? 同時近似使用 = =75MPa，
? =37.5MPa。
這樣我們就可以通過有限的可查材料數據來，近似計算Hill強度公式的材料常數進行各向異性玻纖材料的強度評估。
至此時，我們只需要提取有限元仿真結果在某節點位置的應力分量、 帶入Hill公式即可獲得各向異性材料在某載荷下是否失效的強度結論（Hill值與1進行比較，Hill值大于1 即為失效）
仿真示例：
有如下形狀的一個卡扣，卡扣兩側固定約束；在中間圓弧區域受到-Z方向的力載荷10N和一個繞X軸的扭轉載荷0.2NM。
同時，還知道卡扣的材料是PA+GF20，玻纖均勻分布，玻纖整體排布方向順著卡扣方向（全局坐標系的Y方向）
幾何模型約束位置和載荷如下所示：
展開 案例 | 利用Digimat快速評估聚合物炸藥的材料性能
它是以TATB為主體，加入粘結劑粉末壓制成形的復合材料，由于具有優異的力學性能和安全性能而得到廣泛應用。通過Digimat-FE可以快速評估組成成分對炸藥性能的影響。
主要亮點
應用產品：Digimat-FE
行業：軍工領域
具體應用：快速評估材料性能
挑戰
TATB基PBX內部包含著大量不規則、跨尺度的孔隙，研究孔隙對TATB基PBX力學性能的影響規律，對認識炸藥的承載能力和結構失效機制均具有重要意義。由于孔隙結構形態復雜且無序分布，再加上目前實驗手段的限制，難以從實驗上建立孔隙與PBX宏觀力學性能的定量關系。以材料微觀結構為基礎的熱力學數值預測模型，用代表體積元法（Representative Volume Element，RVE）可有效解決這個問題。采用Digimat-FE模塊中的RVE建模方法，建立了填充相、基體相和氣孔相三相有限元計算模型。
Digimat-FE 示意圖
具體操作流程
首先對材料特性進行設定，包括Binder和TATB材料特性以及TATB作為夾雜項的設定，和氣泡作為夾雜相的設定。在Digimat-FE中可以直接在geometry當中生成幾何模型PBX代表體單元模型，其中TATB體積分數設定為70%，孔隙度設定為5%，紅色為TATB，灰色為空穴，基材為粘結劑，可以從生成的下表中看出實際生成的TATB體積分數為0.692509，空穴的體積分數為0.0500096，與設定誤差非常小。
材料組成及RVE微結構設置生成
RVE單元各相體積分數比
然后利用內置前處理劃分網格。20秒鐘后，系統自動幾何網格，并劃分合適的網格。
接下來需要劃分設定載荷，FE當中支持內部設定載荷，可以設定軸向，雙軸，剪切等載荷類型。
展開 不同材料的螺紋扭矩評估
標準材料的螺紋扭矩，通常都有對應的標準定義。
對于較為特殊的材料的螺紋，其螺距究竟該如何評估定義呢？
標準計算法：
汽車行業的螺紋扭矩，根據標準QCT-518-1999 汽車用螺紋緊固件擰緊扭矩規范設計 ，其中有標準扭矩、最小扭矩、最大扭矩的經驗計算公式。
結合材料本身的力學性能參數，我們可以計算出對應的扭矩。
例如，5#鋅合金 M5 0.8mm螺距，其計算出的扭矩如下：
標準扭矩：2.1 N.m u最小扭矩: 1.65 N.m u最大扭矩: 2.51 N.m
2. 我們采用CAE法大概模擬一下螺紋受扭矩情況下的應力情況。
2.1. 根據國標螺紋創建標準模型，創建了10圈螺紋（M5X0.8mm）;
2.2 用CAE軟件模擬分析施加扭矩的受力狀況。
工況一：螺紋受扭矩2.5N.m
工況二：螺紋受扭矩2.5N.m, 預緊力3200N造成的壓力；
工況三：螺紋受扭矩7N.m;
工況四：螺紋受扭矩7N.m,預緊力8960N造成的壓力；
3. 總結：
2.5N.m的力矩下，鋅合金螺紋的最大應力為93.3Mpa,大概是5#鋅合金的屈服強度的三分之一，符合機械手冊建議的許用應力； ?7N.m的力矩下，鋅合金螺紋的最大應力為261.7Mpa,基本到了5#鋅合金的屈服強度，基本已經到了材料的應用極限，需要小心應用。 ?下兩圖是螺紋圈數受力分布的經驗示意（螺紋受力并非均勻分布）。
根據這些計算評估，我們大概知道標準里規定的計算方式是加了安全系數考慮了疲勞應用的保守算法。也得出了采用新材料螺紋的扭矩評估方式。
展開 
案例 | 利用Digimat快速評估聚合物炸藥的材料性能
它是以TATB為主體，加入粘結劑粉末壓制成形的復合材料，由于具有優異的力學性能和安全性能而得到廣泛應用。通過Digimat-FE可以快速評估組成成分對炸藥性能的影響。
主要亮點
應用產品：Digimat-FE
行業：軍工領域
具體應用：快速評估材料性能
挑戰
TATB基PBX內部包含著大量不規則、跨尺度的孔隙，研究孔隙對TATB基PBX力學性能的影響規律，對認識炸藥的承載能力和結構失效機制均具有重要意義。由于孔隙結構形態復雜且無序分布，再加上目前實驗手段的限制，難以從實驗上建立孔隙與PBX宏觀力學性能的定量關系。以材料微觀結構為基礎的熱力學數值預測模型，用代表體積元法（Representative
Volume
Element，RVE）可有效解決這個問題。采用Digimat-FE模塊中的RVE建模方法，建立了填充相、基體相和氣孔相三相有限元計算模型。
Digimat-FE 示意圖
具體操作流程
首先對材料特性進行設定，包括Binder和TATB材料特性以及TATB作為夾雜項的設定，和氣泡作為夾雜相的設定。在Digimat-FE中可以直接在geometry當中生成幾何模型PBX代表體單元模型，其中TATB體積分數設定為70%，孔隙度設定為5%，紅色為TATB，灰色為空穴，基材為粘結劑，可以從生成的下表中看出實際生成的TATB體積分數為0.692509，空穴的體積分數為0.0500096，與設定誤差非常小。
材料組成及RVE微結構設置生成
RVE單元各相體積分數比
然后利用內置前處理劃分網格。20秒鐘后，系統自動幾何網格，并劃分合適的網格。
接下來需要劃分設定載荷，FE當中支持內部設定載荷，可以設定軸向，雙軸，剪切等載荷類型。這里我們設置沿x軸拉伸。
展開 案例 | 利用Digimat快速評估聚合物炸藥的材料性能
它是以TATB為主體，加入粘結劑粉末壓制成形的復合材料，由于具有優異的力學性能和安全性能而得到廣泛應用。通過Digimat-FE可以快速評估組成成分對炸藥性能的影響。
主要亮點
應用產品：Digimat-FE
行業：軍工領域
具體應用：快速評估材料性能
挑戰
TATB基PBX內部包含著大量不規則、跨尺度的孔隙，研究孔隙對TATB基PBX力學性能的影響規律，對認識炸藥的承載能力和結構失效機制均具有重要意義。由于孔隙結構形態復雜且無序分布，再加上目前實驗手段的限制，難以從實驗上建立孔隙與PBX宏觀力學性能的定量關系。以材料微觀結構為基礎的熱力學數值預測模型，用代表體積元法（Representative Volume Element，RVE）可有效解決這個問題。采用Digimat-FE模塊中的RVE建模方法，建立了填充相、基體相和氣孔相三相有限元計算模型。
Digimat-FE 示意圖
具體操作流程
首先對材料特性進行設定，包括Binder和TATB材料特性以及TATB作為夾雜項的設定，和氣泡作為夾雜相的設定。在Digimat-FE中可以直接在geometry當中生成幾何模型PBX代表體單元模型，其中TATB體積分數設定為70%，孔隙度設定為5%，紅色為TATB，灰色為空穴，基材為粘結劑，可以從生成的下表中看出實際生成的TATB體積分數為0.692509，空穴的體積分數為0.0500096，與設定誤差非常小。
材料組成及RVE微結構設置生成
RVE單元各相體積分數比
然后利用內置前處理劃分網格。20秒鐘后，系統自動幾何網格，并劃分合適的網格。
接下來需要劃分設定載荷，FE當中支持內部設定載荷，可以設定軸向，雙軸，剪切等載荷類型。
展開 Ls-Dyna塑性材料沖擊破碎仿真評估 附ls-dyna中常用彈塑性材料卡片的設置方法及要點下載
圖1
二、材料定義
本文重點在于材料的定義，使用關鍵字*MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY分段線性塑性進行定義，具體設置如圖2所示；
圖2
三、單元算法定義
采用關鍵字*SECTION_SHELL針對殼體進行單元算法和厚度定義定義，更改厚度為0.125，具體設置如圖3所示；
圖3
四、狀態方程
無狀態方程定義。
非金屬材料的高、低周壽命評估，受哪些因素影響？
材料在變動的應力或應變重復作用下發生破壞，稱為疲勞破壞或疲勞失效。疲勞破壞是材料最常見的失效方式，約占機件總失效方式的50%-90%。疲勞裂紋是由反復施加的載荷引起的，若施加的載荷太小，則不會導致失效。疲勞裂紋通常從部件表面開始，這是裂紋萌生。然后，裂紋可能沿垂直于正應力的方向擴展。這是裂紋擴展。最后部件可能會斷裂。
下圖展示了疲勞斷裂的三個階段：
圖1 疲勞斷裂的三個階段
機件疲勞失效前的工作時間稱為疲勞壽命。疲勞斷裂與靜態作用下的斷裂有所不同，無論何種材料，疲勞斷裂都是突然發生的，事先并無明顯的塑性變形，因此很難事先察覺，具有極大的危險性。所以對材料疲勞壽命的研究就變得尤為重要。
現有疲勞測試標準中大部分都是關于金屬疲勞試驗的標準，針對塑料疲勞測試的標準很少，所以很多金屬的試驗方法步驟被用于塑料試驗，但是使用時必須小心，因為金屬是低阻尼、高熱傳導的材料，而塑料是粘彈性、低熱傳導的材料。
據文獻報道，在測試過程中加載頻率，應變速率，應力比，波形等是影響疲勞壽命的主要因素。對于塑料而言，加載頻率對于疲勞壽命的影響至關重要，過高會影響試驗結果，過低則明顯地使試驗周期延長，因此國高材分析測試中心，對加載頻率與疲勞壽命的影響規律展開了研究。
展開 利用DSC/TGA精準評估正極材料熱穩定性，筑牢動力電池安全防線
以滿電三元正極材料為例，TGA/DSC測試顯示：約200℃時材料開始發生結構坍塌，伴隨放熱；隨后在更高溫度下出現吸熱峰，對應進一步的晶格崩解。這種先放熱后吸熱的復雜過程，只有高靈敏度的同步熱分析系統才能清晰分辨，并保持基線平穩，確保數據可靠性。
圖2 滿電態三元材料的同步熱分析
此外，TGA還能用于定量分析正極材料中的殘余鋰（如Li?CO?、LiOH）含量。這些雜質不僅影響漿料加工性能，還會在高溫下分解產氣，加劇電池脹氣風險。通過設定特定升溫程序，可在空氣氣氛中將有機物分解與碳/鋰化合物氧化分步識別，實現組分精準量化。
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從材料研發到失效分析
熱分析技術的應用貫穿鋰電池正極材料的全生命周期：
· 研發階段：篩選高熱穩定性材料體系（如LFP vs NCM），評估摻雜/包覆改性效果；
· 工藝控制：監控煅燒終點、洗滌效率及干燥殘留；
· 安全評估：測定不同SOC下的熱失控溫度，建立安全使用窗口；
· 失效診斷：對比循環老化前后材料的熱行為變化，追溯容量衰減或產氣根源。
更進一步，結合動力學模型（如等轉化率法），還可基于多升溫速率DSC數據，計算反應活化能，預測材料在任意溫度-時間條件下的熱失控行為，為電池熱管理系統（BTMS）設計提供理論支撐。
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熱分析助力行業安全升級
盡管當前高鎳、富鋰等新型正極不斷涌現，但其熱安全評價仍缺乏統一標準。推動DSC/TGA測試方法在材料供應商、電池廠與整車企業間的協同應用，建立可比、可重復的熱穩定性數據庫，已成為行業共識。
展開 ABAQUS橡膠本構模型
對于超彈性材料的試驗數據須作為名義應力和名義應變的值提供給ABAQUS軟件。
以材料Santoprene為例進行評估：
材料評估功能通過執行標準試驗選擇合適的材料模型, 檢查超彈性材料的預測行為.
a. Material→Evaluate→Santoprene.
b. 通常對試驗數據進行評估
c. 可以全部取為默認值; Abaqus/CAE 創建并提交一個作業執行標準試驗.
d. Material Parametersand Stability Limit Information
從曲線上可以判斷材料的穩定性，不存在負斜率，則材料穩定, 可以使用。
文章來源：有限元在線
展開 消費后回收材料(PCR)的高附加值應用開發
因此，合理、有效、快速地評估PCR材料的結構和性能變化，是找到PCR材料高附加值應用的關鍵。
目前PCR材料的原料來源極不穩定，盡管各家原料商都有提供PCR材料的物性表，但依然無法保持原料中所使用的PCR材料結構和性能一致。因此，我們需要借助實驗室分析資源，對于PCR材料的不穩定性做出有效評估，并將此不穩定性納入模具設計和成型工藝的考量之中，通過Moldex3D模流仿真分析，搭建材料不穩定性與射出成型的關系。
結語
如何評估和使用PCR材料，提升PCR材料應用的附加價值，是實現產業綠色發展的重要一步。未來，誠模精密的模具和射出產品將圍繞可持續發展，協助相關材料環保解決方案（PCR材料、免噴涂材料、輕量化材料等）落地。同時，整合材料解析數據、模流分析、模具設計、射出平臺和智能制造，形成一整套數字化解決方案，為消費電子、汽車、醫療等各行業的各類產品建立全套解決方案庫，推動整個模具和射出行業技術變革。
此文章摘錄自ACMT- SmartMolding雜志-(2023/5月刊)
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英國研發出世界上首架石墨烯蒙皮無人機；波音正研究高超聲速客機技術
02
俄羅斯航空發動機材料與零件強度試驗室通過認證
俄羅斯聯合發動機公司(UEC)所屬的Aviadvigatel航空發動機材料與部件強度試驗室(AE PMS TL)已獲得聯邦航空運輸部(Rosaviatsiya)認證。Rosaviatsiya表示，航空發動機零件和材料強度測試實驗室已經具有研發民航零部件的技術能力，可作為評估航空發動機零部件性能的獨立試驗室。獲得Rosaviatsiya認證證書是AE PMS TL發展史上的重要階段。從2011年起，該試驗室就為PD-14發動機試驗材料進行過特別評估。在材料評估領域中，該實驗室的結論可作為彼爾姆設計局專家的文件證明。
03
灣流公司G600飛機開始地面性能測試
據灣流公司透露，G600飛機已于本月14日開始進行現場性能測試，這標志著以寬敞見長的遠程商務噴氣式飛機即將開始其認證進程。整個飛行測試將由首架測試機完成，系列號為73001，通過評估所獲得的數據將為G600飛機飛行手冊中的起降速度及距離提供參考。
04
美國空軍研究實驗室為飛行員開發激光防護技術
美國空軍研究實驗室(AFRL)與UES公司簽署了一份價值4910萬美元的合同，旨在為飛行員研究和開發抵御激光攻擊的技術。UES公司負責運營美國懷特-帕特森空軍基地的激光硬化材料評估實驗室，專門從事激光和材料的相互作用測試。
展開 Abaqus中利用橡膠實驗數據獲取本構函數曲線
ABAQUS軟件中有多種橡膠材料的本構模型，材料本構模型與試驗數據的關聯程度直接影響橡膠分析的精度。ABAQUS提供自動材料評估工具，該工具不僅能夠使用試驗數據擬合出所選本構函數（應變能函數）的參數，而且還能將本構函數曲線與試驗數據（名義應力-應變曲線）繪制在同一圖表中，便于對比擬合效果。
1、選擇超彈性材料，輸入源為：Test data。
2、分別輸入單軸、雙軸、平面或其中一種試驗數據，如下圖單軸拉伸試驗數據。根據試驗數據種類的多少選擇不同的本構模型。
3、返回模型樹，使用Evaluate 功能來評估多種應變能函數。
4、查看擬合出不同應變能函數的參數及其數據穩定范圍
5、查看擬合出的曲線結果，可對比不同應變能函數擬合出的曲線差異。
文章來源：有限元在線
展開 Ansys Granta 2023 R1最新功能介紹
Ansys Granta是一款材料信息管理和材料選擇軟件，它提供了廣泛的材料數據、性能評估工具和材料選擇支持。以下是Ansys Granta的應用和軟件優勢，以及與其他類似軟件相比的優勢：
Ansys Granta 的應用
材料信息管理：Ansys Granta可以幫助工程師和研究人員有效管理和組織材料數據。它提供了廣泛的材料數據庫，包括材料組成、力學性能、熱性能、電性能等。用戶可以輕松查找、比較和分析材料數據，以滿足設計和工程需求。
材料選擇：Ansys Granta提供了材料選擇工具，幫助工程師根據特定的設計要求和應用場景，選擇最適合的材料。它考慮了諸如機械強度、導熱性能、耐腐蝕性等關鍵因素，并提供可視化工具和篩選功能，以輔助用戶進行材料選擇和優化。
材料性能評估：Ansys Granta包含了豐富的材料性能評估工具和模型，用于預測材料的力學、熱學、電學和耐久性能等。這些工具可以幫助用戶了解材料行為、預測材料在實際應用中的性能，并進行設計優化。
Ansys Granta是一款材料信息管理和材料選擇軟件，它提供了廣泛的材料數據、性能評估工具和材料選擇支持。
展開 Abaqus中定義橡膠超彈性材料
如果不考慮損傷等效應，橡膠材料是彈性的（卸載后沒有殘余應變），但應力-應變曲線不是線性的，即所謂的“超彈性”。Abaqus 幫助文檔《Getting Started with Abaqus：Interactive Edition》第10.6節“
Hyperelasticity
”介紹了超彈性的基本知識，第10.7節“
Example: axisymmetric mount
”給出了一個橡膠材料模型的實例。
Abaqus軟件在分析橡膠等超彈性材料具有顯著優勢，它可以根據用戶提供的試驗數據采用最小二乘法自動計算本構模型中各個常數（如圖1、圖2所示）。
圖1 超彈性材料數據的輸入
圖2 材料評估
用戶可以在Abaqus/CAE 中輸入下列實驗數據：
1）單軸拉伸/壓縮實驗（uniaxial tension/compression test data）；
2）等雙軸拉伸/壓縮實驗（biaxial tension/compression test data）；
3）平面拉伸/壓縮實驗（檢驗純剪行為）（planar tension/compression test data）；
4）體積拉伸/壓縮實驗（volumetric tension/compression test data）。
☆溫馨提示：定義超彈性材料數據時必須輸入名義應力（nominal stress）和名義應變（nominal stress），而非真實應力和真實應變。
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