硬化
關注創建者：CAE備忘錄 創建時間：2020-08-31
硬化的視頻教程
Abaqus材料模型-非線性隨動硬化kinematic hardening
一、隨動硬化——內容介紹 二、隨動硬化——理論知識 三、隨動硬化——測試及數據擬合 四、隨動硬化——仿真案例解析 作者已發布的系列視頻如下（可在作者主頁查看）： 一、ABAQUS材料模型系列 ① Abaqus材料模型-各向同性硬化彈塑性本構 ② Abaqus材料模型-hyperfoam超彈泡棉 ③ Abaqus材料模型-隨動硬化kinematic hardening 二、Hypermesh-Abaqus
￥29.9 1小時41分鐘 4542播放
查看
Abaqus聯合Isight執行金屬循環硬化參數調校
本系列教程著重說明如何計算金屬循環硬化參數，由固定應變實驗得到循環硬化資料后，透過計算表算得對應參數，并透過Isight的Data matching工具進行參數調校，以獲得金屬循環硬化模型，用來處理更複雜的工程問題。
￥50 1小時20分鐘 1030播放
查看
硬化的實例教程
摘 要：硬化土模型在描述軟土和較硬土的變形特性上有較好的表現，文章結合有限元軟件ABAQUS中的UMAT二次開發平臺，編寫了硬化土本構模型子程序，提高了硬化土模型的泛用性，并提出了通過NewtonRapson迭代、Runge-Kutta迭代等數值方法求解任意應變增量對應的應力增量，最后通過室內三軸壓縮試驗數據驗證了程序的正確性和合理性。
關鍵詞：硬化土模型;應力更新算法;ABAQUS;二次開發;
隨著現代巖土工程的發展，工程建設中遇到的問題逐漸從簡單的穩定性分析轉變為較精細的變形分析，能否精準地進行變形分析通常取決于計算使用的本構模型[1]。由于巖土體復雜，盡管目前已提出了上百種本構模型，但大多數模型僅能反映特定土體在特定情況下的力學行為，因此存在一定的局限性。巖土工程常用的Mohr-Coulomb模型和Drucker-Prager模型為理想彈塑性本構模型，MCC模型為硬化彈塑性模型，難以同時反映土體的剪切硬化和壓縮硬化，采用Mohr-Coulomb強度理論作為屈服準則，從Vermeer雙硬化模型發展而來的硬化土（HS）本構模型[2]作為一種雙屈服面硬化彈塑性本構模型，在描述軟土和較硬土的變形特性上有較好的表現[3]。
目前，除了PLAXIS、ZSoil等少數有限元軟件已嵌入HS模型，其他軟件使用該本構仍需自行開發編寫相關程序。ABAQUS軟件在求解巖土等非線性問題上有突出的優勢，有能為用戶提供編寫自定義本構模型的二次開發平臺。徐遠杰等[4]將Duncan-Chang本構模型成功編成了UMAT子程序，岑威鈞和朱岳明[5]推導了平面應變條件下UMAT子程序所需的彈塑性剛度矩陣，為后續學者開發UMAT子程序提供了支撐，使許多本構模型被廣泛應用于巖土工程數值模擬中。因此，為有效地擴展HS模型的應用范圍，可選用ABAQUS作為HS模型的開發平臺。
展開 五金沖壓件加工廠，加工五金沖壓件的過程，其實就是材料的塑性成形過程，隨著變形程度的增加，其變形抗力不斷增高，其抗拉強度和硬度也會提高，而塑性則下降，這種現象稱為加工硬化。
材料不同，變形條件不同，沖壓過程中加工硬化的程度也就不同，材料的加工硬化對塑性加工的影響很大，不僅需要的變形力增大，而且限制了毛坯的進一步變形，甚至要在后續變形工序之前增加中間退火工序來消除硬化。
材料的變形抗力隨變形程度變化的情況可用硬化曲線來表示，大多數金屬板材的硬化規律接近于冪函數σ=Kεn的關系，這個公式中的指數n ，就是硬化指數，它表示了材料的硬化性能，n值大的板材，在沖壓成形時加工硬化劇烈，變形抗力增加較快。因此，如果板材的n值大，它在沖壓變形中變形區內各部分的變形程度趨于均勻，致使總體變形程度增大，對拉深類沖壓成形有利。
由上述可見，五金沖壓過程中材料硬化也有有利的一面，比如能提高抗局部頸縮失穩的能力，使拉伸變形趨向均勻，成形極限增大。因此在對變形毛坯進行力學分析、確定各種工藝參數和處理生產實際問題時，必須研究材料的硬化現象及其規律，進而了解材料性能的變化對沖壓成形過程的影響。
展開 基于LS-dyna模擬拉伸試件的硬化和失效情況
主要目的：
了解隨動硬化和各向同性硬化的區別
了解在LS-dyna中的失效準則
如需詳細k文件，在公眾號：CAE備忘錄，回復 hardening 可獲取。
問題描述：
拉伸試件的尺寸為100X10X10，一端固定，另一端施加循環運動，觀察試件中間薄弱點，分析兩條試件隨動硬化和各向同性硬化的區別。
材料屬性：
密度：7850kg/m3
楊氏模量：210GPa
泊松比：0.3
屈服極限：400Mpa
切線模量：1000Mpa
材料設置：
導入模型hardening.k，雙擊keyword>MAT > 003-PLASTIC_ KINEMATIC，將RO-ETAN的數值填入對應的空格。BETA是硬化參數，數值從0-1變化，當BETA=0時，表示材料是隨動硬化，屈服面大小不變，沿塑性應變方向移動；當BETA=1時，表示材料是各向同性硬化，屈服面位置不變，大小隨應變而變化；0 < β < 1 時， 為混合硬化。這里為了作對比，將創建兩種材料，一個是隨動硬化，一個是各向同性硬化。
建立失效準則：
在本例003-PLASTIC_ KINEMATIC中參數FS可以設置當單元達到極限的塑性應變可把單元刪除，024- PIECEWISE- LINEAR- PLASTICITY中的FAIL也是設置塑性應變作為失效準則。在本教程中將用極限應力來作為失效準則。雙擊MAT> 000-ADD_ EROSION，在MID中選擇對應失效材料，在SIGP1中填寫失效應力750Mpa。
設置輸出：
雙擊DATABASE > ASCII_option，在Default DT中輸入5e-5并按ENTER。
展開 2.沉淀硬化工藝
用光學顯微鏡檢查Duralumin的微觀結構沒有發現任何可以解釋時效硬化反應的變化，直到1919年，才發現這種現象與合金元素隨溫度降低而降低的固溶度有關。
Osmond于1897年首次在Ag-Cu合金中報告了這一特征但美國的Merica、Waltenburg和Scott提出，從高“固溶處理”溫度進行淬火可以抑制第二相的平衡分離，并導致不穩定的過飽和固溶體（SSSS）的形成。這些工作人員認為，硬化是第二相析出的結果，當淬火合金“時效”足夠長的時間，可以形成“亞微觀彌散”。因此，Al-Cu合金分解的第一個描述是SSSS→飽和α+θ（Al2Cu）。
Jeffries和Archer于1921年在美國發表了另一篇開創性的論文，他提出Al-Cu中可能會出現時效硬化，因為這些無形沉淀物的小顆粒充當了阻止晶體學滑移的“鑰匙”，從而提高了合金的變形抗力。他們還得出結論，當顆粒的分散度是與保持θ相的結晶特征的最小尺寸時相一致時，將獲得最大程度的硬化效果。
1924年，英國的Rosenhain首次提出Al-Cu合金的最大硬化不必與平衡相粒子的存在聯系起來。他推斷，這種相的離散粒子的形成會降低固溶體中溶質的濃度，實際上會導致軟化而不是硬化。相反，他認為時效硬化是在時效過程的早期階段母晶格無序性的增加。
1932年，Merica在很大程度上否定了他的早期理論，并提出了時效硬化可能是由形成平衡沉淀所需的銅原子的聚集或“打結”引起的。1935年，德國的Wasserman和Weerts證實，他們用X射線衍射檢測到一個稱為θ'的相，Al-Cu合金的時效過程確實涉及多個階段，他們聲稱該相的成分與平衡θ相同，但晶格常數不同。
展開 金屬在室溫下產生塑性變形的過程中，使金屬的強度指標提高、塑性指標(如延伸率)降低的現象，稱為冷作硬化現象。材料的加工硬化程度越大，在拉伸類的變形中，變形抗力越大，這樣可以使得變形趨于均勻，從而增加整個工件的允許變形程度。如脹形工序，加工硬化現象，使得工件的變形均勻，沖壓件不容易出現脹裂現象。
沖壓件拉深加工是一個塑性變形過程，材料變形后必然發生加工硬化，使其硬度和強度增加，塑性下降。加工硬化的好處是使工件的強度和剛度高于毛坯材料，但塑性降低又使材料進一步拉深時變形困難。其優點還有幾個方面；
1.經過冷壓、滾壓和噴丸等工藝，能顯著提高金屬材料、零件的表面強度；
2.零件受力后，某些部位局部應力常超過材料的屈服極限，引起塑性變形，由于加工硬化限制了塑性變形的繼續發展，可提高沖壓件和構件的安全度。
3.金屬零件或構件在沖壓時，其塑性變形的地方隨著強化，使得變形轉移到其他周圍沒有加工硬化部分，經過這樣反復交替作用可得到截面變形均勻的冷沖壓件
展開 
硬化的相關專題、標簽、搜索
硬化的最新內容
該模型的核心思想是將復雜的金屬材料行為進行“解耦”，認為材料的強度主要受到三個獨立因素的疊加影響：應變硬化、應變率（變形速度）強化和熱軟化。簡單來說，它認為金屬材料在變形時有三個特點：一是隨著變形量增大材料會越變越硬；二是變形發生得越快材料也會變得越硬；三是當變形產生的熱量讓材料溫度升高時，材料就會變軟。
有限元計算宏觀應變，VPSC 在微觀層面計算晶體旋轉和硬化，再反饋回宏觀應力。非均勻場預測：你不僅能看到工件的整體變形，還能清晰地觀察到厚度方向、圓周方向上織構分布的異質性。復雜工藝仿真： 只有融入有限元，才能真正模擬非對稱軋制等具有復雜應力狀態的工藝。
今天推薦的是Prakash 等人在 Materials Science & Engineering A 上發表的經典論文。
使用經典的位錯密度模型計算硬化和熱激活流動方程計算滑移系的剪切變形。
初始RVE模型使用neper建模，建立一個包含100個晶粒的多晶模型：
matlab導入幾何模型網格：
并沿著X方向進行1.0%的拉伸變形，所有量綱使用m-s-pa。
與常規晶體塑性模型不同的是，該模型把溫度效應系統地引入到多個關鍵物理量中：首先，單晶彈性常數 C11、C12、C44 隨溫度變化；其次，滑移阻力引入熱軟化函數，用來描述溫度升高后滑移更容易發生的現象；再次，單滑移硬化參數也被寫成溫度函數，包括參考臨界分切應力、初始硬化率和硬化指數。
為解決這一問題，作者提出了一種并發多尺度建模方法：宏觀結構層面采用顯式有限元模擬方管壓潰；每個積分點內部嵌入一個由多個 FCC 晶粒組成的多晶聚集體；晶粒層面采用 Marin 晶體塑性模型描述滑移、硬化和晶格旋轉；最后通過 Taylor 型均勻化獲得積分點平均應力。這樣，宏觀有限元計算不再只依賴經驗塑性曲線，而是能夠實時考慮晶粒取向和織構演化對結構響應的影響。
第三，這篇文章并沒有急著把硬化寫得非常復雜。恰恰相反，作者采用了一個相對簡潔的 non-hardening 假設，認為材料宏觀上表現出來的許多“硬化感”，很大程度上其實來自取向變化和孿晶導致的晶格重排，而不只是每個滑移系的阻力不斷增加。這個判斷非常重要，因為它提醒我們：在 HCP 鎂合金里，單純盯著“硬化參數”往往是不夠的，織構和重取向本身就是塑性響應的重要組成部分。
分享這個代碼的主要原因：一方面，它很適合做玻璃、非晶材料、壓痕問題中的壓力敏感塑性分析；另一方面，它也是學習 cap 模型、致密化硬化和隱式本構積分的一個很好的范例。論文結果表明，這一模型能夠較好復現實驗載荷—位移曲線以及壓痕致密化分布，不過需要明確指出的是，當前模型暫時還沒有考慮剪切硬化，因此更適合用于理解“壓痕致密化”這一核心機制，而不是直接覆蓋所有復雜失效問題。
如果輸入的應變率曲線出現交叉（即高應變率下的應力低于低應變率下的應力），或者硬化曲線呈現負斜率（未激活損傷模塊時），求解器的材料剛度矩陣將出現非正定，導致不可控的網格畸變。此外，必須通過外推確保表格覆蓋到極高應變率（如10000 /s），以防求解器在局部高變形區發生錯誤的常數外推。
閥桿與填料：采用17-4PH沉淀硬化不銹鋼或XM-19合金，并配以高溫石墨填料，有效防止熱膨脹導致的卡滯與泄漏。
三、結構設計：應對熱應力與動態難題
高溫不僅影響材料性能，還會引發熱膨脹、熱循環疲勞等問題，諾冠在高溫提升閥設計中融入多項創新：
熱補償結構：采用延長閥蓋、彈性加載閥座等設計，吸收熱變形，避免密封面脫開。
優化流道：減少湍流與局部過熱，提升響應速度與使用壽命。
拼接地板對地基要求更高，需硬化處理，承載力達標，避免局部沉降。按設計布局預埋調整墊鐵或地腳螺栓，墊鐵沿拼接縫、地板四周對稱分布，間距 500-800mm，確保每塊地板受力均勻。相鄰地板拼接處預留 2-3mm 伸縮縫，應對溫度變化導致的熱脹冷縮，防止擠壓變形。墊鐵選用厚度均勻、硬度達標產品，避免多塊薄墊鐵疊加，防止松動移位。
第三步：基準定位與逐塊拼接，核心環節。
