功能梯度材料的案例
COMSOL FGM模型 功能梯度材料 梯度孔隙建模教程
FGM概念
FGM是功能梯度材料（Functionally graded materials）的英文簡(jiǎn)稱，也被稱為梯度功能材料。功能梯度材料(FGM)是一種新型非均勻復(fù)合材料,是由性能不同的兩種或多種材料復(fù)合成組分和結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)連續(xù)梯度變化的材料。它要求功能、性能隨內(nèi)部位置的變化而變化，以實(shí)現(xiàn)功能梯度的材料。
從本質(zhì)上來(lái)講，F(xiàn)GM是一種比較特殊的復(fù)合材料。
在自然界也有許多功能梯度材料的例子，如竹子、貝殼、骨骼等。
FGM構(gòu)建
本文采用COMSOL軟件進(jìn)行FGM模型的構(gòu)建，以下表現(xiàn)三種不同形式的功能梯度材料模型：
粒徑均勻變化
雙材料擴(kuò)散
變粒徑分布
建模教程
在COMSOL內(nèi)建立功能梯度材料可以采用AutoCAD模型導(dǎo)入的方式，這里用到了CAD建模插件。
插件下載：
CAD 功能梯度材料（FGM）2D插件
展開 ABAQUS功能梯度材料FGM模型
功能梯度材料（FGM）作為一種新型復(fù)合材料，通過(guò)材料內(nèi)部成分或微觀結(jié)構(gòu)的梯度變化，優(yōu)化特定性能適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境，被廣泛應(yīng)用于高溫防護(hù)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、生物醫(yī)學(xué)、光電設(shè)備等領(lǐng)域。本案例介紹在ABAQUS內(nèi)建立功能梯度材料模型。
首先采用CAD 功能梯度材料2D插件建立大小呈現(xiàn)梯度分布的AutoCAD模型。
將圓形部分通過(guò)拉伸生成三維模型。
同樣將矩形拉伸為三維，并與生成的三維圓柱進(jìn)行差集操作。并將兩個(gè)模型分別導(dǎo)出為iges格式文件。
在ABAQUS內(nèi)將兩個(gè)模型以部件的形式導(dǎo)入。
裝配到一起。
插件也可生成中心梯度分布的模型。
或兩種不同的材料在擴(kuò)散狀態(tài)下產(chǎn)生的梯度分布模型。
展開 CAD球體功能梯度材料3D插件 ￥1999
插件介紹
CAD球體功能梯度材料3D插件可在AutoCAD內(nèi)建立大小呈現(xiàn)梯度分布的球體及長(zhǎng)方體孔隙三維模型。
功能梯度材料（FGM）模型包含大小梯度變化的球體及與之適配的長(zhǎng)方體部件，可用于球體材料的梯度分布或梯度多孔結(jié)構(gòu)材料建模。
插件支持設(shè)置上小下大、上大下小兩種球體的梯度分布模式，及隨機(jī)排布的非梯度模式。插件內(nèi)置的動(dòng)力學(xué)堆積算法可模擬實(shí)際工程中不同粒徑顆粒投放順序下的堆積效果。
插件可設(shè)置三組球體粒徑范圍，并可指定球體間的最小間距參數(shù)，可用于生成多種不同形態(tài)的梯度孔隙結(jié)構(gòu)模型。
使用須知
1、插件使用需注冊(cè)，售價(jià)為單機(jī)許可價(jià)格；
2、插件兼容Windows系統(tǒng)，運(yùn)行需要安裝AutoCAD（2010~2025及以上版本均可使用）。
3、售后及技術(shù)支持請(qǐng)聯(lián)系微信：AbyssFish_LJR，或QQ：1135122921。
樣圖實(shí)例
可下載插件生成的模型樣圖，并進(jìn)行其他軟件的導(dǎo)入測(cè)試及模擬。（CAD2010文件）
球體功能梯度材料3D樣圖.rar
展開 ANSYS Workbench功能梯度材料FGM
梯度功能材料（Functionally Graded Materials, FGMs）是一種先進(jìn)的復(fù)合材料，其特點(diǎn)是材料的組成、結(jié)構(gòu)以及孔隙率等特性在某個(gè)方向上呈現(xiàn)連續(xù)或階梯式的漸變。這種變化使得FGM的物理和化學(xué)性能在同一方向上也呈現(xiàn)出相應(yīng)的連續(xù)梯度變化。
ANSYS Workbench內(nèi)建立梯度功能材料模型可以采用CAD功能梯度材料2D插件建模后導(dǎo)入到Workbench內(nèi)。在插件內(nèi)設(shè)置模型參數(shù)后運(yùn)行即可在AutoCAD內(nèi)建立梯度分布的隨機(jī)圓形模型。
在CAD內(nèi)將FGM模型構(gòu)建實(shí)體后導(dǎo)出為IGES格式文件。
將模型導(dǎo)入到Workbench內(nèi)。
可對(duì)梯度模型進(jìn)行后續(xù)分析模擬。
CAD 功能梯度材料（FGM）2D插件
https://www.yqgqt.org.cn/post/1874171
展開 
CAD 功能梯度材料（FGM）2D插件 ￥299
功能介紹
CAD 功能梯度材料（FGM）2D插件提供AutoCAD參數(shù)化建模功能，可設(shè)置長(zhǎng)方形尺寸、圓形比例、圓形間的最小間距、圓形粒徑關(guān)于坐標(biāo)系的分布關(guān)系，即R = f(x,y），粒徑的分散模式，是否擴(kuò)散分布及擴(kuò)散發(fā)生的區(qū)域范圍等。插件生成的dwg文件可導(dǎo)入到Comsol、Abaqus、ANSYS、Fluent等有限元分析軟件內(nèi)，用于梯度材料（Functionally Gradient Materials，簡(jiǎn)稱FGM）、傾斜功能材料、梯度功能材料、分子擴(kuò)散模型、氣體擴(kuò)散、分散系等模型的構(gòu)建。也可用于復(fù)雜的多空材料、孔隙介質(zhì)等模型建立。
插件界面
比例：生成的總圓形的面積占矩形面積的百分比，該參數(shù)為設(shè)計(jì)值，若參數(shù)設(shè)置不合理將無(wú)法到達(dá)設(shè)計(jì)比例；當(dāng)生成的圓形比例達(dá)到該設(shè)計(jì)參數(shù)后完成繪圖。
最小間距：該參數(shù)為任意兩個(gè)圓之間可能達(dá)到的最小間距值，該參數(shù)設(shè)置的目的是為了防止兩個(gè)圓形之間距離過(guò)小。
超時(shí)結(jié)束：?jiǎn)挝粸槊?，?dāng)超過(guò)該設(shè)置時(shí)間后自動(dòng)停止，防止參數(shù)設(shè)置不合理時(shí)投放不能完成造成程序無(wú)法結(jié)束?！俺瑫r(shí)結(jié)束”與“比例”參數(shù)實(shí)現(xiàn)了程序運(yùn)行終止?fàn)顟B(tài)的雙控，當(dāng)任意一個(gè)條件達(dá)到時(shí)程序均會(huì)結(jié)束。
粒徑分布：R1及R2為圓形的半徑，兩者設(shè)置方式一致，僅為分兩個(gè)圖層繪圖，方便后期處理即圓的半徑是關(guān)于圓中心點(diǎn)所在坐標(biāo)的函數(shù)。為方便初學(xué)者使用，在插件界面中僅列出x，而未指明y，實(shí)際使用時(shí)x、y均可設(shè)置。
CAD樣圖
說(shuō)明提醒
插件需要注冊(cè)，注冊(cè)后可永久使用，版本更新不影響注冊(cè)狀態(tài)，注冊(cè)請(qǐng)聯(lián)系QQ：1135122921。
對(duì)插件如有其它需求可按照需要定制插件。
展開 ABAQUS三維功能梯度多孔結(jié)構(gòu)材料FGM軸壓模擬
功能梯度多孔材料（FGM）通過(guò)梯度調(diào)控孔隙率，實(shí)現(xiàn)力學(xué)性能的連續(xù)分布，其彈性模量、強(qiáng)度等呈均勻變化。通過(guò)建立梯度多孔結(jié)構(gòu)有限元模型，解析梯度參數(shù)對(duì)應(yīng)力場(chǎng)及失效機(jī)制的影響，突破傳統(tǒng)試驗(yàn)限制，優(yōu)化設(shè)計(jì)。該研究對(duì)航空熱防護(hù)及生物醫(yī)用仿生植入體等功能化結(jié)構(gòu)具有重要價(jià)值。本案例介紹在ABAQUS內(nèi)建立三維梯度功能材料多孔結(jié)構(gòu)模型，并對(duì)梯度結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行軸心受壓力學(xué)仿真模擬。
三維梯度孔隙結(jié)構(gòu)模型采用CAD球體功能梯度材料3D插件建立，模型建立完成后將梯度孔基體部分導(dǎo)出為iges格式。
將梯度多孔結(jié)構(gòu)模型以部件的形式導(dǎo)入到ABAQUS內(nèi)。
對(duì)模型設(shè)置材料屬性，這里采用EasyCDP插件快速生成C20混凝土塑性損傷材料模型并指派給部件。
設(shè)置軸心受壓載荷工況，將模型一端固定，另一端指定位移。
對(duì)模型劃分網(wǎng)格。
創(chuàng)建并提交作業(yè)，查看模擬結(jié)果。
展開 COMSOL功能梯度材料中的光線反射
本案例介紹在COMSOL建立功能梯度材料FGM幾何模型，并研究激光在通過(guò)梯度材料時(shí)的反射情況。
梯度材料模型采用CAD Voronoi FGM V1.0插件生成，CAD模型生成后只保留綠色圖層內(nèi)容作為梯度材料的反射界面。
在AutoCAD內(nèi)將圖紙另存為dxf格式文件，并將模型導(dǎo)入到COMSOL內(nèi)，新建矩形與導(dǎo)入部件進(jìn)行差集操作，建立梯度材料幾何模型。
對(duì)模型設(shè)置材料并劃分網(wǎng)格。
選擇二維幾何光學(xué)研究，左側(cè)邊界設(shè)置從邊界釋放，射線方向沿x軸正方向，將除右側(cè)邊界外的其他邊界全部設(shè)置為鏡面反射。
進(jìn)行計(jì)算并查看光線在梯度材料中的反射現(xiàn)象。
展開 每日一品：200萬(wàn)元的梯度金屬3D打印機(jī)AFS-M120X ，隆源成型新材料研發(fā)利器
小通知：國(guó)內(nèi)外3D打印實(shí)時(shí)快訊微信小程序上線了哦，請(qǐng)點(diǎn)擊進(jìn)入全球3D打印實(shí)時(shí)快訊
在全球3D打印產(chǎn)品庫(kù)product.nanjixiong.com里，南極熊注意到隆源成型的梯度金屬3D打印機(jī)AFS-M120X。
梯度材料，也稱梯度功能復(fù)合材料（Functionally Gradient Materials），是新材料領(lǐng)域的重要發(fā)展方向，也是熱點(diǎn)技術(shù)“材料基因計(jì)劃”的重要研究手段和產(chǎn)物。梯度材料的常規(guī)制備方法有化學(xué)氣相沉積法、等離子噴涂法、顆粒梯度排列法等，但存在制造效率較低、工藝復(fù)雜的問(wèn)題。因此，利用空間自由度更高的增材制造（3D打?。┘夹g(shù)進(jìn)行梯度材料的制備成為新的趨勢(shì)且備受關(guān)注。
三帝科技旗下隆源成型自主研發(fā)的選區(qū)激光熔化設(shè)備AFS-M120X能夠在水平方向上實(shí)現(xiàn)材料成分的連續(xù)變化，實(shí)現(xiàn)梯度合金的增材制造，并已取得相關(guān)專利。
△隆源成型梯度金屬3D打印設(shè)備AFS-M120X
設(shè)備特點(diǎn)
供粉系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)兩種不同金屬材料的連續(xù)梯度精確供粉；
可實(shí)現(xiàn)兩種材料在水平方向的梯度連續(xù)變化；
特別適用于復(fù)合材料的性能研究與開發(fā)。
設(shè)備參數(shù)
△圖：（左）AFS-M120X打印的梯度金屬樣件 ；（右）梯度材料制備示意
隆源成型梯度金屬3D打印設(shè)備AFS-M120X采用水平方向梯度供料裝置，實(shí)現(xiàn)了二元及二元以上多材料的有效混合，解決了激光送粉（LMD）打印成型精度差、多料缸鋪粉（SLM）打印層與層之間難以形成穩(wěn)定可控的化學(xué)梯度等難題。成型材料的梯度曲線連續(xù)可控，可以滿足不同客戶的多種需求。
展開 CAD 二維梯度Voronoi插件 梯度泰森多邊形 ￥699
</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202207/367d0a17e5374d0694361867c71f6612.png" alt="GRQ5K{45BB]BDNNBW$ZA41V.png"></p><p>插件生成的功能梯度Voronoi圖可導(dǎo)入COMSOL、Abaqus、ANSYS等有限元分析軟件內(nèi)，實(shí)現(xiàn)功能梯度材料、梯度泰森多邊形、變晶粒、非等晶材料的幾何建模等。
展開 ANSYS三維梯度孔隙結(jié)構(gòu)受壓模擬
ANSYS對(duì)三維梯度孔隙結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析具有重要研究意義。其高精度建模揭示孔隙率梯度分布、幾何特征對(duì)彈性模量、強(qiáng)度及斷裂韌性的影響機(jī)制，量化應(yīng)力集中與失效風(fēng)險(xiǎn)，為航空航天、生物醫(yī)用等領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供理論支撐與方法創(chuàng)新。本案例介紹在ANSYS內(nèi)對(duì)功能梯度孔隙材料（FGM）的受壓模擬。
梯度孔隙3D模型采用CAD球體功能梯度材料3D插件建模，AutoCAD參數(shù)化建模完成后將多孔結(jié)構(gòu)梯度模型導(dǎo)出為sat格式文件。
在ANSYS Workbench內(nèi)選擇與研究相適應(yīng)的分析系統(tǒng)，并在幾何結(jié)構(gòu)下導(dǎo)入梯度孔隙幾何模型。
對(duì)模型劃分網(wǎng)格并在分析設(shè)置中添加受壓荷載。
求解并查看計(jì)算結(jié)果。
展開 隆源成型將攜梯度金屬3D打印設(shè)備AFS-M120X亮相Formnext
近期，曼徹斯特大學(xué)的Lin Li團(tuán)隊(duì)發(fā)表了關(guān)于SLM和LIFT技術(shù)實(shí)現(xiàn)梯度功能材料從微觀到宏觀制備的科研成果，文章指出：“基于SLM的梯度功能材料打印具有更高的靈活性和更大的應(yīng)用潛力。”三帝科技研發(fā)總監(jiān)趙浩博士認(rèn)為：“基于SLM的FGM打印是‘材料基因組計(jì)劃’中的一種高效的高通量材料制備及材料篩選方式，即材料篩選模式從‘逐一（1-by-1）’變?yōu)椤鹋危╯et-by-set）’，微觀上方便了各高校、院所的材料開發(fā)工作，宏觀上有助于推動(dòng)材料科學(xué)的發(fā)展?！?在國(guó)內(nèi)，三帝科技旗下隆源成型在其推出的專利設(shè)備AFS-M120X中實(shí)現(xiàn)了水平方向上的梯度粉層穩(wěn)定鋪放，并結(jié)合與之配套的AFSwin-X梯度工藝軟件，能夠滿足分區(qū)變速、變功率的梯度材料打印需求，從而實(shí)現(xiàn)高精度、可控梯度的FGM零件制造。目前，該機(jī)型投入使用2年多，已面向多家科研用戶完成了CoCrMo-316L、梯度高熵合金、Inconel718-316L等梯度功能材料的工藝開發(fā)，制備FGM零件20余件、材料表征樣品300余件。
▲隆源成型梯度金屬3D打印設(shè)備AFS-M120X
▲梯度材料制備示意
▲梯度粉層鋪放
目前，通過(guò)增材制造技術(shù)制備的梯度合金均是以垂直制造方向作為梯度變化方向，主要是以層間換粉的方式實(shí)現(xiàn)，依然存在組分比例精確控制的問(wèn)題，無(wú)法形成連續(xù)梯度。而AFS-M120X設(shè)備的出現(xiàn)徹底解決了這一問(wèn)題，通過(guò)該設(shè)備制備的梯度合金零件不再是粗糙的小型棒狀試樣，而是具有極高外形精度，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的連續(xù)梯度材料制件。
展開 
梯度納米晶材料的本構(gòu)建模及微結(jié)構(gòu)調(diào)控
強(qiáng)度和韌性是衡量材料性能的兩個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)，高強(qiáng)度材料抵抗應(yīng)力的能力很好，而高韌性意味著材料能承受更多的塑性變形。但是，強(qiáng)度和韌性通常無(wú)法兼顧，超強(qiáng)材料往往容易發(fā)生應(yīng)力集中，從而導(dǎo)致韌性很差，容易斷裂。近年來(lái)，能夠很好協(xié)調(diào)強(qiáng)度和韌性的梯度結(jié)構(gòu)材料逐漸興起，并且成為研究熱點(diǎn)，具有很好的應(yīng)用前景。
梯度結(jié)構(gòu)材料在自然界中就普遍存在，例如：竹子和貝殼就是典型的梯度材料，人類和動(dòng)物的骨骼也具有梯度結(jié)構(gòu)的特征。根據(jù)不同的材料變形機(jī)理和制備工藝，梯度結(jié)構(gòu)被越來(lái)越多地應(yīng)用到工程材料中，比如通過(guò)在內(nèi)部引入不同的梯度微結(jié)構(gòu)（梯度晶粒結(jié)構(gòu)、梯度孿晶結(jié)構(gòu)、梯度位錯(cuò)結(jié)構(gòu)、梯度相變結(jié)構(gòu)等），使材料具備更高的強(qiáng)度、硬度、加工硬化能力、延展性和抗疲勞性能。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，目前制備梯度結(jié)構(gòu)材料的方法已經(jīng)十分豐富，比如表面研磨、表面碾磨、物理或化學(xué)沉積、激光沖擊等。
為了更好地發(fā)展和應(yīng)用梯度結(jié)構(gòu)材料，需要預(yù)測(cè)不同梯度結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能，從而進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。因此，深入理解梯度結(jié)構(gòu)材料的強(qiáng)韌性機(jī)理、微結(jié)構(gòu)演化與宏觀力學(xué)響應(yīng)的關(guān)聯(lián)，進(jìn)而建立描述梯度結(jié)構(gòu)材料變形行為的本構(gòu)模型，成為亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。
圖1 不同的梯度微結(jié)構(gòu)示意圖。（來(lái)源：盧柯. 梯度納米結(jié)構(gòu)材料，金屬學(xué)報(bào) 51（2015）1-10）
在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目《梯度納米晶粒/孿晶材料的本構(gòu)建模及微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》（項(xiàng)目編號(hào)：1167020206）的資助下，西南交通大學(xué)力學(xué)與工程學(xué)院張旭研究組與德國(guó)馬普鋼鐵所Dierk Raabe教授團(tuán)隊(duì)合作開展研究，論文第一作者陸曉翀針對(duì)2011年中科院金屬所盧柯院士團(tuán)隊(duì)在《Science》上報(bào)道的梯度納米晶粒材料，建立了基于復(fù)雜位錯(cuò)演化機(jī)制的尺寸相關(guān)晶體塑性本構(gòu)模型，并引入了晶粒長(zhǎng)大機(jī)制和損傷演化模型。
展開 材料物性參數(shù)識(shí)別的梯度正則化方法.PDF
材料物性參數(shù)識(shí)別的梯度正則化方法.PDF
《有限元分析-ANSYS13.0從入門到實(shí)戰(zhàn)》 張洪才 主編
彈塑性焊接接頭的J積分計(jì)算.txt
多齒輪動(dòng)態(tài)接觸分析.txt
多芯片組件熱分析.txt
復(fù)合材料傳動(dòng)軸的失效分析.txt
復(fù)合地基沉降的彈塑性分析.txt
高速轉(zhuǎn)盤的動(dòng)力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì).txt
功能梯度材料界面開裂分析.txt
階梯軸施加扭矩和彎矩.txt
路基可靠性分析.txt
薄鋼板沖壓分析.txt
需要整本書ppf文檔的可以留下qq。剩下實(shí)例的命令流會(huì)在后面的帖子里補(bǔ)充,齒輪的實(shí)例值得一看。
『分享』復(fù)合材料方面的文章
</Font><BR><Font color=#FF0000><B>點(diǎn)評(píng):</B></Font>
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