加載速率的案例
Abaqus-原來顯式計算也可以這么快
因此，我們在模擬中人為地提高加載過程的速度以獲得經濟的解決方案。
使用 Abaqus/Explicit 獲得經濟的準靜態分析解決方案的兩種方法是：
1、人為提高加載速率
我們可以通過提高加載率來人為地減少該過程的時間尺度。增加的加載速率會減少模擬的時間。將加載速率提高 f 倍，分析速度提高 f 倍。
2、采用質量縮放
它增加了穩定時間增量的大小，因此完成作業所需的增量更少。人為地將材料密度（質量縮放）增加 f*f 倍，可以將分析速度提高 f 倍。
在本文中，我們的重點是提高加載速率的方法。
為了減少 Abaqus/Explicit 分析中所需的增量數量，我們可以比實際過程的時間加快模擬速度，也就是說，我們可以人為地縮短事件的時間周期，或者同等地提高事件發生的速率。正在加載。這會引入可能的錯誤。如果加載速率增加太多，增加的慣性力將改變預測的響應。在極端情況下，問題將表現出波傳播響應。避免此錯誤的唯一方法是選擇不太大的加載速率。
如何判斷加載速率是否合適？
以不同的加載速率運行多個模擬：
按照從最快加載速率到最慢加載速率的順序運行一系列模擬。如您所知，加載速率越慢，分析時間就越長。檢查結果（變形的形狀、應力、應變和能量），以了解在更改 Abaqus 載荷率時改變模型的影響。金屬板材成型過程中刀具速度過高往往會導致不切實際的局部拉伸；成型模擬中工具速度過高會導致噴射（流體動力型響應）；過高的加載速率會導致施加負載附近的高度局部變形；由于初始變形的（非結構性）阻力增加，準靜態倒塌分析中的過高加載速率可能會導致載荷。
使用固有頻率檢查加載速率：準靜態分析的主要響應將是第一結構模式。因此，我們使用該模式的頻率來估計合適的 Abaqus 加載速率。
1、估計模型的第一固有頻率 (f)。
展開 Abaqus-原來顯式計算也可以這么快
因此，我們在模擬中人為地提高加載過程的速度以獲得經濟的解決方案。
使用 Abaqus/Explicit 獲得經濟的準靜態分析解決方案的兩種方法是：
1、人為提高加載速率
我們可以通過提高加載率來人為地減少該過程的時間尺度。增加的加載速率會減少模擬的時間。將加載速率提高 f 倍，分析速度提高 f 倍。
2、采用質量縮放
它增加了穩定時間增量的大小，因此完成作業所需的增量更少。人為地將材料密度（質量縮放）增加 f*f 倍，可以將分析速度提高 f 倍。
在本文中，我們的重點是提高加載速率的方法。
為了減少 Abaqus/Explicit 分析中所需的增量數量，我們可以比實際過程的時間加快模擬速度，也就是說，我們可以人為地縮短事件的時間周期，或者同等地提高事件發生的速率。正在加載。這會引入可能的錯誤。如果加載速率增加太多，增加的慣性力將改變預測的響應。在極端情況下，問題將表現出波傳播響應。避免此錯誤的唯一方法是選擇不太大的加載速率。
如何判斷加載速率是否合適？
以不同的加載速率運行多個模擬：
按照從最快加載速率到最慢加載速率的順序運行一系列模擬。如您所知，加載速率越慢，分析時間就越長。檢查結果（變形的形狀、應力、應變和能量），以了解在更改 Abaqus 載荷率時改變模型的影響。金屬板材成型過程中刀具速度過高往往會導致不切實際的局部拉伸；成型模擬中工具速度過高會導致噴射（流體動力型響應）；過高的加載速率會導致施加負載附近的高度局部變形；由于初始變形的（非結構性）阻力增加，準靜態倒塌分析中的過高加載速率可能會導致載荷。
使用固有頻率檢查加載速率：準靜態分析的主要響應將是第一結構模式。因此，我們使用該模式的頻率來估計合適的 Abaqus 加載速率。
1、估計模型的第一固有頻率 (f)。
展開 US/Explicit加速計算的方法
這種方法稱為加載速率放大（load rate scaling）。
②．人為地增加單元的質量密度，從而增大穩定時間極限，允許分析采用較少的增量步。這種方法稱為質量放大（mass scaling）。
這兩種方法等效地做相同的事情，除非模型具有率相關材料或者阻尼。
確定可接受的質量放大，在保持慣性力不顯著的前提下以最短的時間模擬過程。求解的時間加快多少是有界的，而且還要能夠得到一個有意義的準靜態解答。
· 如果一個準靜態分析以它的固有時間尺度進行，其解答將幾乎是與一個真正的靜態解答相同。
· 采用加載速率放大或質量放大的方法來獲得準靜態的解答，應用較少的CPU時間常常是必要的。
· 只要解答不發生局部化，加載速率常常可以增加一些。如果加載速率提高過大，慣性力則會給解答帶來不利的影響。
· 質量放大是提高加載速率的另一種方法。當使用率相關材料時，最好采用質量放大的方法，因為提高加載速率將人為地改變材料的參數。
· 在靜態分析中，結構的最低階模態控制著響應。如果知道了最低階的自然頻率，以及對應的最低階模態的周期，你可以估計獲得正確的靜態響應所需要的時間。
· 以各種加載速率運行一系列的分析以確定一個可接受的加載速率可能是必要的。
· 在大部分的模擬過程中，變形材料的動能決不能超過其內能的一個很小的百分比（典型地為5%到10%）。
在準靜態分析中，為了描述位移，使用一條光滑步驟幅值曲線是最有效的方式。
展開 汽車安全氣囊塑料罩蓋點爆仿真材料卡片準確性提升研究
a.-30℃優化前后真實應力應變曲線
b.-30℃仿真與實驗力-位移曲線對比
c.23℃優化前后真實應力應變曲線
d.23℃仿真與實驗力-位移曲線對比
e.85℃優化前后真實應力應變曲線
f.85℃仿真與實驗力-位移曲線對比
圖4 優化后的應力應變曲線以及力-位移曲線對比
結果表明不同加載速率的實驗所期望得到應變率要低于實際仿真所采用的應變率所對應的應力-應變曲線，這主要是由以下兩個方面的原因：
1)實驗所得到的應力-應變是基于標距長度內的材料變形，因此所得應變率是長度方向的平均值，而在頸縮出現的局部區域，局部應變率要遠高于平均值，遠離頸縮區域的要低以平均值。
2)聚合物材料具有較高的延伸率，當聚合物樣件拉伸到幾倍初始長度(大變形)時，由于加載速率沒有變化，而標距長度拉長，材料應變率要遠低于初始加載階段(小變形)的應變率，如圖5所示，紅色實線為加載速率對應的應變率，而星形則為仿真過程中失效單元斷裂前的應變率，可以明顯看出在拉伸后期，單元實際的應變率接近0.01/ms，小于試實驗對應的應變率0.1/ms。因此，圖4a,c和e均表現出在小應變區域修正前后的應力-應變曲線差異較小，且曲線的形態基本保持一致，但是進入到應變較大區域，材料實際的應變率遠低于小應變時的數值，曲線差異明顯增大。
圖5 1mm/ms加載速度下局部頸縮前失效單元的應變率變化歷程
03
爆仿真與實驗對比
駕駛員側氣囊（DAB）靜態點爆實驗的目的是為了驗證DAB模塊中關鍵部件的結構完整性和功能性，針對DAB塑料罩蓋，主要關注點爆過程中的結構完整性。
展開 
使用伺服控制(Servo Control)函數進行數值試驗
1 引言
數值模擬的其中一個用途是做仿真試驗(巖石力學---從物理試驗到數值試驗)，通過數值地改變巖石試件的幾何形狀，材料性質和加載條件，來觀察巖石的應力應變行為。例如，在《應變軟化模型(Strain-Softening and IMASS)》中，猜想單元尺寸可能影響了剪切帶的生成(左圖)，為了驗證這種想法，把單元最大邊長設置為原來的一半(max-edge 0.125), 運行了200萬時步，其結果如下圖(右圖)所示。
應力-位移圖顯示在應力達到峰值以后，出現了短暫的震蕩，隨后逐漸平穩。這個現象在前面的試驗中沒有觀察到，這充分說明了單元尺寸對材料應變軟化行為的影響。試樣的應力-應變響應表明，在達到峰值強度后，材料會發生軟化。
在數值模擬中，加載速率(rate of loading)引入了慣性效應(inertial effects)，如果突然施加速度，慣性效應在初始階段將占主導地位，使得系統難以達到穩態。為了消除這種慣性效應，可以通過監測不平衡力并相應地降低加載速率來得到控制。使用FISH函數可以自動控制加載速率，即所謂的伺服控制(Servo Control)，伺服控制能夠用來進行數值試驗。
2 伺服控制函數
伺服控制函數(SERVO.FIS)的作用是通過施加速度的伺服控制盡量減少慣性效應對模型響應的影響，在循環過程中，通過計算的最大不平衡力(maximum unbalanced force)動態地調節施加的載荷速度，防止不平衡力過高，控制其慣性效應，從而使得。
為了調節施加的載荷速度，使用FISH SET命令設置不平衡力的上限(high_unbal)和下限（low_unbal）以及最大加載速度的上限(high_vel)來控制。加載速度也是通過指定一個上限（high_vel）來控制的。
展開 耦合溫度損傷位錯密度的顯式晶體塑性模型
溫度場通過初始溫度以及塑性產熱計算，同時忽視局部的熱傳導，準靜態加載速率下的泰勒-昆尼系數η為0.0，1000 s加載速率下為0.95?1及以上(塑性功轉化為熱的比例)
通過經典的熱激活模型，將溫度效應引入流動方程，并考慮溫度對剛度的退化
位錯密度模型演化遵循經典的KM模型，同時考慮位錯之間的相互作用，即考慮了位錯的產生和湮滅，以及湮滅半徑與溫度的關系。因此有利于由實驗進行對照分析。
損傷基于經典的JC損傷，并等效的對應力進行退化
拉伸模型
網格劃分（每個單元表示一個單獨取向的晶粒，即初始的取向不同）
局部斷裂時溫度場分布（初始293K，假設taylor-Q系數為0.95）
局部斷裂時局部位錯密度分布（僅考慮統計儲存位錯密度）
局部斷裂時損傷分布
局部斷裂時等效塑性應變分布
局部斷裂時mises等效應力分布
展開 超薄電子產品外殼用復合材料動態拉伸力學行為特征及其失效機理研究
3.2 微觀損傷機理分析
圖8分別對比了3種玻璃纖維增強PC復合材料在 0.001～1000 s-1加載區間內拉伸斷裂后的斷口微觀形貌。從圖8中可觀察到，短玻璃纖維增強 PC 復合材料中玻璃纖維的角度不完全相同，主要是因為短玻璃纖維質量極輕，注塑方法只能控制大部分玻璃纖維為同一方向，后續研究可通過調節短玻璃纖維注塑速率等改善這一問題。
圖8 應變率分別為 0.001、1 和 1000s-1時玻璃纖維增強 PC 復合材料拉伸斷口的微觀形貌
圖8(a)～圖8(c) 顯示，在 0.001s-1加載速率下，3 種試件拉伸斷口處 PC 基體表面均較為平整，試件整體表現為脆性斷裂，主要存在纖維拔出、纖維斷裂、基體脆性斷裂、纖維與基體脫粘 4 種失效模式。
在圖8(d)～圖8(f) 中，3 種試件的拉伸斷口在1s-1加載速率下與 0.001s-1加載速率下相似，損傷模式均存在纖維拔出、纖維斷裂、基體脆性斷裂、纖維與基體脫粘 4 種失效模式。
圖8(g)～圖8(i) 顯示，在 1000s-1加載速率下，3 種試件的斷口形貌與準靜態加載下有明顯不同，拉伸斷裂失效模式更接近于塑性斷裂，表現為斷口面參差不齊，試件主要表現出纖維拔出、纖維斷裂、基體塑性變形、基體塑性斷裂、纖維與基體脫粘 5 種失效模式。
與準靜態加載下纖維方向為 90°的試件的斷口相比發現，圖8(i) 中試件基體產生明顯的塑性變形，基體起主要承載作用。相對于準靜態拉伸，動態拉伸過程可以認為是一個絕熱過程，試件在短時間內發生急劇變形，產生的熱不能及時地傳導至周圍環境中，因此，試件變形區域的溫度升高。
展開 塑料樣條的制備條件對力學性能檢測準確性的研究
在測試過程中，加載速率、測試時間的不同，都會對結果產生影響。比如，在拉伸測試時，若加載速率過快，高分子鏈段來不及響應外力變化，材料表現得更脆，拉伸強度可能偏高；而加載速率過慢，高分子鏈段有足夠時間進行松弛和滑移，拉伸強度則可能降低。此外，材料在儲存過程中，會發生后結晶、分子鏈的緩慢取向等物理變化，這些變化也會導致不同時間測試同一批材料，性能數據出現差異。
二、試樣制備環節
（一）樣條尺寸偏差
根據相關測試標準，對高分子材料機械性能測試的樣條尺寸有嚴格要求。以拉伸試樣為例，啞鈴型試樣的標距長度、平行部分的寬度和厚度等尺寸精度，直接影響應力分布和測試結果。如果在加工過程中，樣條尺寸存在偏差，如標距長度不一致，在拉伸時，不同樣條的受力情況就會不同，最終導致拉伸強度和斷裂伸長率數據不重復。即使是微小的尺寸誤差，也可能在測試中被放大，對結果產生明顯影響。
（二）注塑工藝偏差
本研究主要針對注射壓力、注射速度、保壓壓力和背壓對 ABS/氧化鋁粉復合材料力學性能的影響，通過實驗數據揭示樣條制備如何左右檢測準確性。
1. 注射壓力對材料力學性能的影響
由圖1可知，隨著注射壓力的增大，抗拉強度小幅度提高；斷裂伸長率由15.86%降低到13.77%；最大彎曲強度和破壞彎曲強度則先增加再減小。當注射壓力增加時，塑料熔體進入模腔中的壓力增大，壓強升高，有助于熔體充模，使塑件的組織致密，從而提高了抗拉強度；過高的注射壓力會導致殘余內應力增大，使材料脆性增加，從而降低斷裂伸長率；最大彎曲強度和破壞彎曲強度的變化表明，適當的注射壓力有利于提高材料的抗彎強度，但注射壓力過大，會增加內應力，從而降低材料的抗彎強度。
圖 1 注射壓力對材料力學性能的影響
2.
展開 基于CEL法的單樁基礎貫入過程模擬：考慮應變軟化與應變率效應 ￥100
而應變率效應則考慮了土體在高速加載下強度和剛度隨加載速率的增加而提高的規律。這兩者在樁貫入問題中往往是同時存在的：軟化決定了樁入土后的長期穩定性，速率效應則主導了瞬時的動力響應。
通過研究，可以得到以下幾點主要認識：
軟化效應：若忽略，可能會高估貫入阻力，導致溜樁等事故發生。
速率效應：對貫入速度較大的情況，土體等效強度提升明顯，使樁貫入力顯著增大；但該效應在慢速貫入下相對有限。
相比傳統有限元方法，CEL模擬不僅能捕捉樁端土體的流動與回填現象，還能清晰展現樁周土體擾動區的形成與演化。提供了一個更接近實際工況的分析工具。
應用領域
樁體、軟土貫入儀器貫入過程等軟土大變形領域
展開 電動汽車NVH優化
圖7 某新能源車電控噪聲Colormap 圖
2.4.2 優化起步加載扭矩
純電模式起步階段（電機轉速為100～410 r/min），電驅總成“嗚嗚”聲較明顯，對應頻率段為50～145 Hz，其主要貢獻為電機24 階和48 階噪聲，相對應階次電機本體振動也嚴重超標。通過試驗，電機起步噪聲隨扭矩加載速率的降低而減小，但同時會降低整車的動力性。綜合考慮，在起步瞬間將原加載速率由360 N·m/s降低到194 N·m/s，噪聲改善明顯，如圖8 所示，且對動力性影響可接受。
圖8 某新能源車加載速率車內噪聲頻譜圖
2.5 傳遞路徑優化
傳遞路徑優化主要是從電驅總成的懸置隔振率、懸置支架動剛度、副車架模態等方面進行提升，降低通過結構傳遞到車內的振動噪聲。本案例中通過CAE 分析，識別出前懸置被動端動剛度較低、隔振率差，如圖9所示，主要是由于懸置支架及副車架前橫梁模態較低導致，通過對其結構進行加強，提升剛度及模態，最終使中低頻噪聲傳遞有所改善。
展開 abaqus系列技巧7：關于Abaqus/Explicit 中增量步步長的確定
如果對這些單元進行質量縮放,可以很明顯地節省分析時間需要注意的是,采用質量縮放技術增大材料密度會增大動態分析的慣性效應,如同增大了加載速率。如果質量縮放系數過大,會導致錯誤的分析結果。選擇質量縮放系數的方法和選擇加載速率的方法是類似的,都要保證不影響動態分析結果的精度。在ABAQUS/CAE中定義質量縮放的方法為,在Step功能模塊中創建顯式動態分析步時,單擊Massscaling標簽進行定義。
2)材料特性。根據式(15-4)和式(15-5),材料特性也會影響穩定極限值的大小。對于線彈性材料,其彈性模量是常數,因此材料的波速也是常數;對于非線性材料(例如金屬塑性材料)隨著材料的屈服,剛度會變小,導致波速減小，穩定極限值會隨之增大。
3)單元網格。根據式(15-4),穩定極限值與最小單元尺寸成正比,即使模型中只有一個很小的或者形狀扭曲的單元存在,都會大大降低穩定極限值,增加計算時間。為了增加定增量步長,加快分析速度,不應劃分過于細化的網格,但同時要注意,過粗的網格會降低分析結果的精度。實際建模過程中,應在保證分析精度的前提下,選擇適當的網格密度相應盡量保證單元形狀是規則的。ABAQUS/Explicit在STA文件中列出了穩定極限值最小的10個單元,可以查看這些單元所在的位置,改進相應區域的網格,或在這一區域使用質量縮放技術。
4)單元類型。如果分析過程中增量步長超過穩定極限值,可能會出現數值不穩定現象（nummerical instability),導致異常的計算結果。ABAQUS/Explicit對于絕大部分單元都能夠保數值穩定。但是,如果模型中包含彈簧單元和阻尼器單元,就有可能出現數值不穩定,這會看到不符合物理規律的計算結果,而且解往往是振蕩的。
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展開 
復合材料扭力測試力學性能研究
并且，設備能靈活設置不同的加載速率，模擬復合材料在實際工況中可能承受的不同扭矩加載情況，真實反映材料在各種工作狀態下的抗扭性能。通過精確測量扭矩與扭轉角之間的關系，繪制出精準的扭矩 - 扭轉角曲線，為研究復合材料在不同扭矩作用下的變形規律、破壞模式以及能量吸收特性提供堅實的數據基礎。
綜上所述，復合材料扭力測試力學性能研究是一項系統性的工作，它不僅為復合材料的合理應用提供了堅實的理論依據和數據支持，也為新型復合材料的研發和性能優化指明了方向，推動著復合材料在更廣泛領域的安全應用與發展。
不同客戶對于復合材料扭力測試有著獨特的需求，北京沃華慧通測控技術有限公司可為客戶量身定制扭力測試解決方案。無論是試樣形狀與尺寸的特殊設計，還是針對特定復合材料的測試流程優化，亦或是與客戶現有生產或研發體系的無縫對接，慧通測控都能提供專業的支持。例如，對于具有特殊纖維取向或復雜鋪層結構的復合材料，公司技術人員可根據材料特性和測試目的，設計專門的夾具和測試方法，確保測試過程中應力分布均勻，測試結果準確反映材料的真實抗扭性能。這種定制化服務能夠最大程度滿足客戶的個性化需求，助力客戶在復合材料研究和應用方面取得更優成果。
展開 技術范例 – 在顯式求解器設定質量放大
此外，擬靜態分析在加載邊界條件時，須採用Smooth Step(平滑加載)，以提高結果之穩定性，如下圖所示。
備注：動態問題在檢查初始質量增加比例時，應把模型中的剛體移除。而擬靜態分析在檢核動能與內能之比例時，可以在History output新增一組剛體動能之輸出，在后處理時將剛體之動能扣除。
粘彈性與蠕變理解
粘彈性更多的是與加載過程中的材料反應具有聯系，而蠕變與松弛往往是材料在加載完成能夠以后的力學反應。舉例來說明一下。
混凝土材料應該算作明顯的非粘彈性材料，但是當載荷加載完畢的時候，混凝土機構本身在實用的過程中還是會發生蠕變（一般成為徐變），但是我們在混凝土結構的計算過程中都是使用線彈性模型模擬混凝土在彈性的行為，而不是粘彈性模型，這就是說狹義的粘彈性與蠕變沒有太多的相關性。再舉個例子，金屬材料是典型的線彈性體，一般不會使用蠕變來分析的（當然疲勞問題，蠕變損傷還是會用到的，但在這里已經超出了討論的范圍）可是在沖壓成型的過程中，往往加載速率不同，材料的反應也不盡相同。
所以我們可以將粘彈性行為與率依賴行為相聯系，可以用它來計算高速沖擊時的金屬反應，對于粘彈性行為更為明顯的瀝青等有機材料，當加載速率對于動態模量影響較大的時候，也要進行考慮。
至于蠕變和應力松弛，一般是用來計算穩定結構（結構加載完畢以后），在使用時間內應變或者應力的增加或減小。
由于開始接觸道路工程專業，所以對于粘彈性與蠕變（松弛）這一對“雙生子”的關系越來越感興趣了，比如路面的車轍行為就算是兩種行為的典型耦合方式，由于路面結構是以瀝青混合料為建筑材料的，所以瀝青的力學行為成為了道路研究重點，可是路面又是一種特殊結構，具有載荷循環作用，速率高，作用時間短等特點。這樣一來這個路面工程成為復雜材料與特殊機構交織的一個難點課題。還舉車轍行為為例吧。車轍既無法使用簡單的粘彈性模型預測機構的壽命，因為粘彈性只與加載過程有關，后期行為無法使用粘彈性行為（率依賴）來預測，而蠕變模型既無法模擬高速車輪載荷作用下的路面力學反應，也無法準確的預測短時間的車輪載荷加載-卸載作用后的蠕變量。所以需要更多的耦合方式被采用來計算路面結構性能。當然這些都是道路方面研究的熱點與難點。
最近對于這個問題比較愛好，隨便的做了一個例子。
展開 Abaqus/Standard與Abaqus/Explicit的材料成型仿真模擬比較
然而，對于explicit的求解，要選擇合適的加載速率進行求解，才能報紙求解的穩定性和準確性。
