低密度泡沫的案例
基于UMAT的低密度泡沫本構(gòu)實(shí)現(xiàn)
低密度泡沫變形特點(diǎn)
我們都知道，低密度泡沫材料大都是多孔介質(zhì)，這類材料在壓縮時(shí)的變形很有意思?？聪旅孢@個(gè)圖：
從圖里很容易就能看出，隨著載荷的增加，初始階段變形線性增加，隨后載荷-變形曲線趨于平緩，也就是說變形大了，力沒上去。最絕的是，到后面，力又陡然升上去了。
這個(gè)現(xiàn)象主要因?yàn)?，加載前期材料為彈性，隨著變形的增加，此時(shí)泡沫的氣孔開始被壓垮，進(jìn)入屈服，簡單理解這個(gè)時(shí)候就是在壓空氣，因此力增加幅度不大。到后期，氣孔壓完了，泡沫被壓實(shí)了，此時(shí)泡沫的密度變的很大，相當(dāng)于硬化了，很小的位移都需要很大的力加載。
現(xiàn)象很有意思，但是如何用建立對應(yīng)的本構(gòu)就不容易了。目前主流的方法是，基于現(xiàn)有泡沫本構(gòu)關(guān)系框架，通過試驗(yàn)確定里面的各項(xiàng)參數(shù)。而這個(gè)本構(gòu)關(guān)系框架，也是大量的研究和試驗(yàn)擬合出來的。
LS-DYNA針對低密度泡沫使用的方法很有意思，類似于一種疊加法，把兩種本構(gòu)疊加起來實(shí)現(xiàn)上面描述的效果。
本文就介紹下LS-DYNA的低密度泡沫理論，并且通過ABAQUS UMAT實(shí)現(xiàn)。
2. 本構(gòu)理論
LS-DYNA是如何實(shí)現(xiàn)的呢？看下面的圖就明白了。給出兩種本構(gòu)關(guān)系疊加：
(1) 隨著變形的增加，載荷先增加后趨于平緩；
(2) 隨著變形的增加，載荷一直增加，但是前期增加幅度小，后面載荷的增速不斷變大；
(3) 上面兩種合在一起就是低密度泡沫的變形特點(diǎn)。
第一種本構(gòu)描述如下：
第二種本構(gòu)描述如下：
3. 算例
在UMAT中完成上述本構(gòu)的編寫。
3.1 模型
考慮立方體的壓縮，如下圖。
展開 高壓低密度聚乙烯生產(chǎn)工藝技術(shù)詳細(xì)解讀
導(dǎo) 讀
低密度聚乙烯（LDPE）是以聚合級乙烯為聚合單體，過氧化物為引發(fā)劑，經(jīng)自由基聚合反應(yīng)得到的熱塑性樹脂，分子量一般在100000~500000，密度為0.91~0.93g/cm3，是聚乙烯樹脂中最輕的品種。具有良好的柔軟性、延伸性、電絕緣性、透明性、易加工性和一定的透氣性?；瘜W(xué)穩(wěn)定性能較好，耐堿、耐一般有機(jī)溶劑，具有廣泛的用途，包括擠出涂覆、吹塑薄膜、電線電纜包覆、注塑和吹塑中空成型等。由于引發(fā)劑產(chǎn)生的游離基壽命較短，通過提高反應(yīng)壓力（110~350MPa）將乙烯高度壓縮，使得其密度增至0.5g/cm3，近似于不能再壓縮的液體，以縮短乙烯分子間距，增加游離基或活性增長鏈與乙烯分子的碰撞幾率來進(jìn)行自由基聚合反應(yīng)，生成低密度聚乙烯，因此低密度聚乙烯又稱作高壓低密度聚乙烯。
低密度聚乙烯生產(chǎn)工藝
低密度聚乙烯的生產(chǎn)工藝主要包括乙烯2級壓縮、引發(fā)劑及調(diào)節(jié)劑注入、聚合反應(yīng)系統(tǒng)、高低壓分離回收系統(tǒng)、擠出造粒及后處理系統(tǒng)等部分。
根據(jù)反應(yīng)器型式的不同，可分為高壓管式法和高壓釜式法2種。管式法與釜式法工藝各具特點(diǎn)，管式法反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單，制造和維修方便，能承受更高的壓力。釜式法反應(yīng)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修、安裝相對困難，同時(shí)由于反應(yīng)熱撤熱能力受限，反應(yīng)器體積通常比較小。一般來說，大規(guī)模裝置多采用管式法，而生產(chǎn)專用牌號及醋酸乙烯含量較高的EVA等高附加值產(chǎn)品的裝置則采用釜式法。由于不同工藝的特點(diǎn)，釜式法產(chǎn)品支鏈多，沖擊強(qiáng)度較好，適用于擠出涂層樹脂。管式法產(chǎn)品分子量分布較寬、支鏈少、光學(xué)性好，適于加工成薄膜。
展開 基于低成本TiN/生物碳泡沫的高效太陽能蒸汽發(fā)生器
TiN納米顆粒具有比以往報(bào)道過的光熱轉(zhuǎn)換材料(如等離子體金屬、碳基材料和半導(dǎo)體納米材料)更好的穩(wěn) 定性、更經(jīng)濟(jì)的價(jià)格、更低的毒性、更寬和更強(qiáng)的光吸收等多重優(yōu)點(diǎn).
圖1 太陽能蒸汽發(fā)生器示意圖
TiN納米顆粒的沉積量以及基底的厚度和類型對水的蒸發(fā)速率和 太陽能-蒸汽轉(zhuǎn)換效率有重要影響. 在模擬太陽光強(qiáng)度為1 kW m?2下, 該材料具有92.5%的太陽能-蒸汽轉(zhuǎn)換效率, 這是已知的木基光熱轉(zhuǎn) 換材料中的最高效率. 此外, 該材料具有良好的可重復(fù)利用性.
本工作近期發(fā)表于Science China Materials, 2018, doi: 10.1007/s40843-018-9353-5
展開 fluent做化學(xué)反應(yīng)時(shí)，時(shí)間越長密度越低？
fluent做化學(xué)反應(yīng)時(shí)，在0.1秒，密度接近生成物密度，越往后反應(yīng)密度越低，怎么回事
低密度聚丙烯材料在商用車輕量化應(yīng)用開發(fā)
開發(fā)低密度的PP類材料可以無需更改模具和注塑設(shè)備，調(diào)整注塑工藝即可得到尺寸和性能滿足要求的零件，實(shí)現(xiàn)輕量化。集團(tuán)種子基金支持主要用于PP、POE、添加劑和填料等材料購買、加工費(fèi)和測試費(fèi)。
1 材料開發(fā)
1.1 材料開發(fā)思路
目前中低端汽車門板內(nèi)飾板、側(cè)圍飾板、立柱飾板、座椅飾板、副儀表板材料大多采PP+EPDM-T20，整車內(nèi)飾用量約50kg。PP+EPDM-T20是以PP(聚丙烯)為基材添加約10%的EPDM（三元乙丙橡膠）作為增韌相，添加20%的滑石粉改善材料的強(qiáng)度、剛度和尺寸穩(wěn)定性。PP密度0.92g/cm3，EPDM密度0.87 g/cm3，滑石粉密度2.7-2.8g/cm3。在保持材料性質(zhì)不變同時(shí)降低滑石粉的使用量可以降低材料的密度，實(shí)現(xiàn)輕量化。
1.2 材料開發(fā)原理
主體基材聚丙烯是主鏈為亞甲基和次甲基交替、側(cè)鏈為甲基的線性聚合物，其分子極性小，易結(jié)晶，低密度和化學(xué)惰性等性能。純的聚丙烯由于存在機(jī)械強(qiáng)度較低、耐熱性差、收縮變形大等缺陷，不能滿足車內(nèi)飾塑料件要求（見表1）。隨著結(jié)晶度的提高，PP材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲模量、硬度都有明顯提高。
EPDM是乙烯-丙烯-非共軛二烯烴共聚的三元橡膠通常作為增韌材料使用，但由于碎膠困難,后期與粒狀PP混合不均勻，流動(dòng)性較差，造成整體性能下降，同時(shí)由于EPDM氣味較大，作為增韌材料使用量逐漸減少。POE是采用茂金屬催化劑的乙烯和辛烯實(shí)現(xiàn)原位聚合的熱塑性彈性體，在POE分子鏈中辛烯的柔軟鏈卷曲結(jié)構(gòu)和結(jié)晶的乙烯鏈作為物理交聯(lián)點(diǎn)，使它既有優(yōu)異的韌性又有良好的加工性；POE分子量分布窄，具有較好的流動(dòng)性，與聚烯烴相容性好，相對于常用EPDM增韌效果更好。
展開 Mater.綜述：面向低功耗和高密度數(shù)據(jù)存儲器應(yīng)用的相變超晶格材料：微觀圖像
當(dāng)下迫切需要具有快速度、高密度和低功耗的非易失性電子存儲器件來應(yīng)對這些問題。相變存儲技術(shù)作為最早進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用之一的高速非易失性存儲技術(shù)備受全球半導(dǎo)體業(yè)界關(guān)注，然而目前還面臨著功耗高等難題，這對高密度存儲集成電路進(jìn)一步開發(fā)帶來障礙。
【成果簡介】
近日，來自吉林大學(xué)的李賢斌副教授、陳念科博士和清華大學(xué)孫洪波教授聯(lián)合在Advanced Functional Materials上發(fā)表綜述文章，題為：Phase‐Change Superlattice Materials toward Low Power Consumption and High Density Data Storage: Microscopic Picture, Working Principles, and Optimization。本文首先總結(jié)了相變存儲材料在信息技術(shù)中的廣泛應(yīng)用，特別介紹近幾年相變存儲材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)—GeTe/Sb2Te3超晶格材料在超低功耗數(shù)據(jù)存儲中的重要前景。然后，討論了相變超晶格在微觀原子結(jié)構(gòu)和工作原理探究方面的主要進(jìn)展，并對目前提出的主流工作機(jī)制進(jìn)行點(diǎn)評和分析：開發(fā)超晶格相變存儲器的日本產(chǎn)綜研最早提出Ge層整體翻轉(zhuǎn)的工作機(jī)制，然而該機(jī)制面臨原子跳變勢壘大、原子模型難以被電鏡實(shí)驗(yàn)觀察等困難，在此上介紹了業(yè)界最近提出的另外幾種重要機(jī)制，包括微區(qū)部分融化（部分非晶化）機(jī)制、堆疊層錯(cuò)輔助金屬絕緣體相變機(jī)制、應(yīng)變輔助相變機(jī)制等。文章進(jìn)一步討論了超晶格材料制備方法、材料組分和元素?fù)诫s對器件性能的影響，并據(jù)此提出提升器件性能的超晶格材料優(yōu)化策略。最后，展望了超晶格相變存儲材料的新型應(yīng)用。
展開 LS-DYNA材料屬性在ANSA環(huán)境下的設(shè)置
RO：材料的密度
E：彈性模量
PR：泊松比
DA、DB：軸向與彎曲阻尼系數(shù)（僅應(yīng)用于Belytschko—Schwer梁）
K：體積模量。
在一些材料屬性如MAT57低密度泡沫材料的定義中，需要定義材料的應(yīng)力—應(yīng)變曲線，在應(yīng)用前應(yīng)首先定義曲線。首先在Deck面板中選擇DYNA求解器—AUXILIARIES功能框—單擊CURVE—彈出CURVE&TABLE定義對話框—單擊New—單擊Define_curvex選項(xiàng)，進(jìn)行曲線的定義。
在彈出的曲線Properties定義曲線編號LCID、名稱Name以左側(cè)一欄定義曲線，軟件默認(rèn)只有兩行，將光標(biāo)放在最后一行的任意一列鍵入Enter，可以添加一行，編輯數(shù)值即可得到所需曲線。完成后點(diǎn)擊OK，進(jìn)入MAT57材料編輯窗口，在相應(yīng)的LCID選項(xiàng)下輸入所定義曲線的LCID號即可。
可以看到，LS-DYNA軟件的材料屬性的設(shè)置可以在ANSA環(huán)境下方便，快捷的完成。
LS-DYNA材料屬性在ANSA環(huán)境下的設(shè)置.pdf
展開 論文導(dǎo)讀 | 復(fù)合材料護(hù)舷實(shí)船碰撞仿真方法及防護(hù)機(jī)理
開展了復(fù)合材料護(hù)舷內(nèi)層吸能泡沫和外層聚氨酯的壓縮與拉伸試驗(yàn)測試，并根據(jù)材料力學(xué)性能確定數(shù)值仿真中的材料模型。
2. 根據(jù)實(shí)際碰撞情況，建立含不同護(hù)舷的船體以一定初速度撞擊剛性碼頭的分析模型，對比分析了橡膠護(hù)舷與復(fù)合材料護(hù)舷的防護(hù)機(jī)理，并對不同制備形式下復(fù)合材料護(hù)舷的吸能特性進(jìn)行分析。
02內(nèi)容簡介
開展裝配橡膠和復(fù)合材料護(hù)舷的船體在靠泊工況下與碼頭的碰撞動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算。首先，選擇適當(dāng)?shù)牟牧夏Ｐ蛥?shù)，計(jì)算橡膠護(hù)舷吸能特性并與規(guī)范進(jìn)行對比，驗(yàn)證模型的適用性。對于復(fù)合材料護(hù)舷，根據(jù)材料力學(xué)性能測試所得數(shù)據(jù)，選擇低密度泡沫模型和超彈性本構(gòu)模型分別模擬內(nèi)層吸能泡沫和外層聚氨酯，從而結(jié)合幾何模型、接觸設(shè)置及邊界條件形成碰撞仿真方法；隨后，基于變形與能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，對船體-護(hù)舷-碼頭的碰撞特性展開具體分析；最后，調(diào)整復(fù)合材料芯體剛度、船體剛度、外層保護(hù)結(jié)構(gòu)厚度及拉伸剛度，對影響護(hù)舷防護(hù)特性的因素進(jìn)行分析。結(jié)果表明，提出的新型復(fù)合材料護(hù)舷，較傳統(tǒng)橡膠護(hù)舷有更大的吸能比，且令船體結(jié)構(gòu)不發(fā)生損傷的極限動(dòng)能更大。
03圖文導(dǎo)讀
1. 船體-護(hù)舷-碼頭碰撞仿真方法
首先，借助材料性能試驗(yàn)，確定復(fù)合材料護(hù)舷中兩種材料的各項(xiàng)力學(xué)性能，作為數(shù)值仿真材料模型的參數(shù)輸入。隨后，建立船體-護(hù)舷-碼頭的多體耦合模型，從而開展碰撞特性分析。
展開 網(wǎng)談汽車座椅設(shè)計(jì)
４．座椅蒙皮?
座椅蒙皮是包裹在座椅總成表面的一層材料，它直接與乘員接觸，一方面對座椅泡沫有保護(hù)作用，同時(shí)又可直接體現(xiàn)設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖。座椅 蒙皮必須阻燃，其燃燒特性必須符合ＧＢ ８４１０－１９９４《汽車內(nèi)飾材料的燃燒特性》要求。?
５．泡沫軟墊?
目前座墊、靠背緩沖用軟墊基本上是由軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料發(fā)泡而成，在汽車上應(yīng)用較多的是高回彈軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料?？紤]到座椅的舒適性和人體坐姿時(shí)的體壓分布，需將泡沫軟墊的密度設(shè)計(jì)為不同，即“軟硬兼施”。主要生產(chǎn)方法有２種，一是拼接法，將座墊前端與大腿接觸的部分用低硬度泡沫塑料，與坐骨處接觸的部分用中硬度泡沫塑料，下部及兩側(cè)用高硬度泡沫塑料。這種方法工藝繁雜且效率低，一般極少采用。二是嵌件法（圖３），在澆注軟墊時(shí)，在模具中相應(yīng)部位放入高密度泡沫塑料嵌件，然后在周圍澆注低密度泡沫塑料。這種方法可以解決體壓分布和橫向支撐問題，并且工藝適合批量生產(chǎn)。
?
６．座椅骨架?
座椅骨架必須能夠承受一定的載荷，通常所指的座椅強(qiáng)度其實(shí)就是座椅骨架的強(qiáng)度，它屬于汽車整車強(qiáng)制認(rèn)證檢測項(xiàng)目之一，應(yīng)符合ＧＢ１５０８３－１９９４《汽車座椅系統(tǒng)強(qiáng)度要求及實(shí)驗(yàn)方法》的規(guī)定。?
靠背及座墊骨架的形狀，應(yīng)以能滿足人體生理特征、給駕駛?cè)藛T提供安全和有效支撐為目的進(jìn)行設(shè)計(jì)（圖４）。例如：為了避免因靠背型芯偏軟而造成的側(cè)背支撐在急轉(zhuǎn)彎時(shí)減小或失效，在靠背骨架兩側(cè)加焊凸起的側(cè)支撐板或支撐筋，將泡沫型芯加以支撐襯墊，保證支撐的有效性。為了保證駕駛員腰部、肩部有良好的支撐而在靠背骨架上設(shè)計(jì)出符合背部曲線的弧度。對于高靠背，為使腰部、背部及肩部同時(shí)緊貼靠背，更好地起到支撐和安全保護(hù)作用，設(shè)計(jì)師把靠背設(shè)計(jì)成上下２部分，并且角度可分別調(diào)整等。?
座椅骨架一般由鋼質(zhì)材料焊接而成，但在輕量化成為現(xiàn)代化汽車設(shè)計(jì)的新趨勢下，汽車座椅薄型化顯得非常重要。
展開 基于MAT_083材料卡片的汽車座椅泡沫特性參數(shù)擬合實(shí)驗(yàn)與對標(biāo)分析
汽車座椅的舒適性很大程度上取決于座椅泡沫材料。泡沫材料憑借其獨(dú)特的物理特性，在座椅的座墊、靠背等部位廣泛應(yīng)用。泡沫材料具有粘彈性，具備比較好的滯后損失，較高的壓縮比，能夠在震動(dòng)時(shí)吸收能量，起到減震的作用，并且其成形性、彈性都較好。
圖1：汽車座椅結(jié)構(gòu)圖
在正常行駛時(shí)，泡沫材料能夠均勻分布乘客的體重，減少振動(dòng)和沖擊，提供舒適的乘坐體驗(yàn)。這種特性使得乘客在長時(shí)間乘坐過程中也能保持舒適，減少疲勞感。此外，泡沫材料的高能量吸收能力在車輛碰撞等極端情況下尤為重要。它可以通過吸收和分散沖擊力，有效降低乘客所受的沖擊力，減少受傷風(fēng)險(xiǎn)。因此，準(zhǔn)確地對泡沫材料進(jìn)行建模和仿真分析，對于優(yōu)化汽車座椅設(shè)計(jì)、提升車輛整體安全性具有重要意義。
MAT_083
適用于泡沫的材料模型
為了準(zhǔn)確模擬泡沫材料在碰撞中的行為，工程師們需要依賴材料卡片（Material Card）來描述其力學(xué)特性。而在眾多材料模型中，**MAT_FU_CHANG_FOAM（MAT_083）**因其簡單易用且適用于泡沫材料的特性，成為了工程師們的首選。
MAT_083材料模型是一種一維材料定律，基于零泊松比的假設(shè)。它基于Fu Chang（1995）提出的泡沫材料統(tǒng)一本構(gòu)方程?？梢栽?em>低和中密度泡沫中模擬速率效應(yīng)。MAT_083的主要優(yōu)點(diǎn)是用戶可以直接輸入單軸壓縮的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。如果有的話，還可以直接輸入拉伸和靜水壓實(shí)驗(yàn)結(jié)果。MAT_083廣泛用于可逆泡沫的建模，主要原因可能是無需定義復(fù)雜的材料參數(shù)。
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EPP泡沫的材料卡片
為了更好地利用 MAT_083 對泡沫材料進(jìn)行建模，眾多學(xué)者開展了相關(guān)研究。
展開 MSC.Dytran 簡介
MSC.DYTRAN具備完整的一維、二維、三維單元庫，主要包括：
桿單元（CROD）
梁單元（CBEAM， CBAR）
Belytschko-Schwer 模式
Hughes-Liu 模式
安全帶單元
拉延筋單元(用于板金成型)
四邊形殼單元(CQUAD4)
Belytschko-Tsai 模式
Hughes-Liu 模式
Key-Hoff 模式
薄膜單元
三角形殼單元(CTRIA3)
C0 模式
薄膜單元
體單元(CHEXA, CPENTA, CTETRA)
彈簧/阻尼單元(CELAS, CDAMP)
線性單元
非線性單元
扭簧
用戶自定義單元(子程序EXSPR, EXVISC, EXELAS)
集中質(zhì)量單元(CONM2)
剛性單元
橢球體(RELLIP)
剛性體(RIGID)
剛性單元(RBE2)
剛性墻(WALL)
Euler單元(CHEXA,CPENTA,CTETRA)
單材料，多材料實(shí)體單元(CHEXA,CPENTA, CTETRA)
豐富的材料庫
MSC.DYTRAN的材料模式中,它包括了線彈性、彈塑性、剛性材料、橡膠材料、低密度泡沫材料、土壤材料、正交各向異性材料、層合復(fù)合材料、率相關(guān)材料以及各種屈服準(zhǔn)則、失效模式、狀態(tài)方程、多點(diǎn)爆炸燃燒模型等。
約束
約束有普通的節(jié)點(diǎn)約束(SPC)、剛性節(jié)點(diǎn)約束、剛性墻約束、節(jié)點(diǎn)間的可分開連接(BJOIN)、殼單元和實(shí)體單元節(jié)點(diǎn)連接(KJOIN)以及剛性體間的連接。
展開 
CAE系列軟件介紹_MSC.Dytran
MSC.DYTRAN具備完整的一維、二維、三維單元庫，主要包括：
桿單元（CROD）
梁單元（CBEAM， CBAR）
Belytschko-Schwer 模式
Hughes-Liu 模式
安全帶單元
拉延筋單元(用于板金成型)
四邊形殼單元(CQUAD4)
Belytschko-Tsai 模式
Hughes-Liu 模式
Key-Hoff 模式
薄膜單元
三角形殼單元(CTRIA3)
C0 模式
薄膜單元
體單元(CHEXA, CPENTA, CTETRA)
彈簧/阻尼單元(CELAS, CDAMP)
線性單元
非線性單元
扭簧
用戶自定義單元(子程序EXSPR, EXVISC, EXELAS)
集中質(zhì)量單元(CONM2)
剛性單元
橢球體(RELLIP)
剛性體(RIGID)
剛性單元(RBE2)
剛性墻(WALL)
Euler單元(CHEXA,CPENTA,CTETRA)
單材料，多材料實(shí)體單元(CHEXA,CPENTA, CTETRA)
豐富的材料庫
MSC.DYTRAN的材料模式中,它包括了線彈性、彈塑性、剛性材料、橡膠材料、低密度泡沫材料、土壤材料、正交各向異性材料、層合復(fù)合材料、率相關(guān)材料以及各種屈服準(zhǔn)則、失效模式、狀態(tài)方程、多點(diǎn)爆炸燃燒模型等。
約束
約束有普通的節(jié)點(diǎn)約束(SPC)、剛性節(jié)點(diǎn)約束、剛性墻約束、節(jié)點(diǎn)間的可分開連接(BJOIN)、殼單元和實(shí)體單元節(jié)點(diǎn)連接(KJOIN)以及剛性體間的連接。
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