試樣的案例
三角試樣、圓柱試樣、熱分析儀、直讀光譜儀四種爐前控制手段解析
2、圓柱試樣
圓柱試樣的鐵型如下圖所示，也有廠家用覆膜砂來做。內壁刷石墨涂料，預熱至200℃左右。澆入鐵液后凝固，敲出試樣并冷至暗紅色，浸水激冷，然后打斷試樣。
根據試樣上端的膨脹和收縮情況、斷口的顏色、白口層的深度，可以判斷鐵液的碳硅含量和牌號。圓柱試樣宜用于低牌號鐵液。
低牌號鐵液含碳硅量高，共晶石墨化膨脹量大，故試樣凸頂；隨著碳硅量減少，膨脹與收縮相近，試樣頂部變平或稍凹陷；碳硅量很低時，以收縮為主，故試樣陷頂。
3、熱分析儀
國內外許多工廠在爐前使用熱分析儀控制灰鑄鐵的質量。熱分析儀是將鐵液澆入裝有熱電偶的樣杯里，在其冷卻過程中，由熱電偶測溫，用二次儀表繪出反映溫度-時間關系的冷卻曲線：
在保持樣杯冷卻速度一定的條件下，冷卻曲線的形狀與灰鑄鐵的臨界溫度、化學成分、組織有密切關系。根據共晶過冷度，可以判斷灰鑄鐵的化學成分（CE，C，Si量）、孕育效果、共晶團數量和石墨分布形狀等。
近年來在研制多功能熱分析儀的同時，國內研制出多功能鑄鐵性能速測儀，用標準鑄態試棒與被測試棒對比法，在爐前快速打印出C、Si、共晶團數、強度和HBS值。
4、直讀光譜儀
直讀光譜儀，英文名為OES（Optical Emission Spectrometer），即原子發射光譜儀。
展開 室溫下金屬圓棒試樣高應變速率拉伸試驗影響因素分析
對拉伸試樣進行統計發現，斷裂位置在標距內的試樣中，標距為10 mm的試樣遠多于標距為20 mm的試樣，所測鑄鐵試樣中，前者只有2個斷在標距外，而后者有8個斷在標距外。
2.6 應力測試方法對高速拉伸試驗的影響
將圖5a）與圖6a）、圖5b）與圖6b）對比可見，應變片測得的應力-應變曲線振蕩幅度明顯小于力傳感器測得的結果，且基本與靜態曲線一致，因此高速拉伸條件下適宜采用貼應變片的方式進行應力測試。
圖5 應變片測得的不同標距鑄鐵試樣的應力-應變曲線
圖6 力傳感測得的不同標距鑄鐵試樣的應力-應變曲線
2.7 試樣夾持長度對高速拉伸試驗的影響
采用應變片測試應力，應變速率為500 s?1時鑄鋁的應力-應變曲線如圖7所示。可見夾持長度明顯影響曲線的振蕩幅度，夾持長度較大試樣的曲線振幅小，數據離散性小。建議棒狀試樣的夾持長度不小于平行段長度的2倍。
圖7 鑄鐵在不同夾持端長度下的應力-應變曲線
2.8應變速率對高速拉伸試驗的影響
根據前期的試驗和DFSS設計得出的拉伸試驗信噪比如圖8所示。可見當試樣標距為10mm，夾持端長度為35mm，應變速率為500s1，用應變片測應力時的信噪比較高，且單臺相機會缺失應變數據，因此后期將使用兩臺相機進行應變測試。
圖8 不同應變速率下拉伸試樣的信噪比
經過信噪比優化后鑄鐵和鑄鋁在不同應變速率下的應力-應變曲線如圖9所示。由于選擇的材料對應變速率不敏感，因此當應變速率增加時，抗拉強度和斷后伸長率等沒有明顯變化。
展開 XM-12 不銹鋼試樣高溫拉伸試驗解析
按圖解法進行近似求解，試樣在頸縮開始至結束，半徑的變化式為r=-0.8594×△L+4.721，式中r 為試樣縮頸處瞬時半徑，L 為頸縮開始后試樣圓錐面伸長量。修正后真實應力-應變曲線如圖5 所示。
圖5 1050℃應力-應變曲線(按截面積A 變化)
修正后的應力-應變曲線顯示，在試樣頸縮開始后初始階段，應力值會隨著應變的增加而增加。因為頸縮階段，試樣的塑性變形由均勻變形轉變為集中塑性變形階段，雖然夾頭的速度不變，但是集中變形部位的變形速率是隨長度的增大而增加，導致變形抗力增加。當達到一定變形量后，集中變形部分孔洞體積增加，參與變形的部分減小，但仍然保持較好的塑性，導致變形抗力減小，直至試樣拉斷。對比圖2 曲線，更接近光滑圓柱形試樣拉伸過程中真實情況，具有很好的參考意義。
圓柱拉伸試樣的有限元分析
將修訂后的曲線數據導入Abaqus 有限元分析軟件，對拉伸試樣的韌性損傷閥值D 進行分析，如圖6所示。可以看出圓柱形光滑拉伸試樣在拉伸至斷裂過程中，試樣中心區域的DUCTILE 值最先達到1。
圖6 拉伸試樣有限元韌性損傷D 值
分析表明：對于XM-12 材質圓柱形光滑拉伸試樣，在其拉伸過程中最先發生材料失效的區域是試樣截面的中心部位；并且分析結果也體現了材料在1050℃時良好的塑韌性，這與圖5 真實應力應變的修訂曲線結果相一致。
展開 三角試樣、圓柱試樣、熱分析儀、直讀光譜儀四種爐前控制手段解析
2、圓柱試樣
圓柱試樣的鐵型如下圖所示，也有廠家用覆膜砂來做。內壁刷石墨涂料，預熱至200℃左右。澆入鐵液后凝固，敲出試樣并冷至暗紅色，浸水激冷，然后打斷試樣。
根據試樣上端的膨脹和收縮情況、斷口的顏色、白口層的深度，可以判斷鐵液的碳硅含量和牌號。圓柱試樣宜用于低牌號鐵液。
低牌號鐵液含碳硅量高，共晶石墨化膨脹量大，故試樣凸頂；隨著碳硅量減少，膨脹與收縮相近，試樣頂部變平或稍凹陷；碳硅量很低時，以收縮為主，故試樣陷頂。
3、熱分析儀
國內外許多工廠在爐前使用熱分析儀控制灰鑄鐵的質量。熱分析儀是將鐵液澆入裝有熱電偶的樣杯里，在其冷卻過程中，由熱電偶測溫，用二次儀表繪出反映溫度-時間關系的冷卻曲線：
在保持樣杯冷卻速度一定的條件下，冷卻曲線的形狀與灰鑄鐵的臨界溫度、化學成分、組織有密切關系。根據共晶過冷度，可以判斷灰鑄鐵的化學成分（CE，C，Si量）、孕育效果、共晶團數量和石墨分布形狀等。
近年來在研制多功能熱分析儀的同時，國內研制出多功能鑄鐵性能速測儀，用標準鑄態試棒與被測試棒對比法，在爐前快速打印出C、Si、共晶團數、強度和HBS值。
4、直讀光譜儀
直讀光譜儀，英文名為OES（Optical Emission Spectrometer），即原子發射光譜儀。
展開 
三角試樣、圓柱試樣、熱分析儀、直讀光譜儀四種爐前控制手段的關鍵注意點
2、圓柱試樣
圓柱試樣的鐵型如下圖所示，也有廠家用覆膜砂來做。內壁刷石墨涂料，預熱至200℃左右。澆入鐵液后凝固，敲出試樣并冷至暗紅色，浸水激冷，然后打斷試樣。
根據試樣上端的膨脹和收縮情況、斷口的顏色、白口層的深度，可以判斷鐵液的碳硅含量和牌號。圓柱試樣宜用于低牌號鐵液。
低牌號鐵液含碳硅量高，共晶石墨化膨脹量大，故試樣凸頂；隨著碳硅量減少，膨脹與收縮相近，試樣頂部變平或稍凹陷；碳硅量很低時，以收縮為主，故試樣陷頂。
3、熱分析儀
國內外許多工廠在爐前使用熱分析儀控制灰鑄鐵的質量。熱分析儀是將鐵液澆入裝有熱電偶的樣杯里，在其冷卻過程中，由熱電偶測溫，用二次儀表繪出反映溫度-時間關系的冷卻曲線：
在保持樣杯冷卻速度一定的條件下，冷卻曲線的形狀與灰鑄鐵的臨界溫度、化學成分、組織有密切關系。根據共晶過冷度，可以判斷灰鑄鐵的化學成分（CE，C，Si量）、孕育效果、共晶團數量和石墨分布形狀等。
近年來在研制多功能熱分析儀的同時，國內研制出多功能鑄鐵性能速測儀，用標準鑄態試棒與被測試棒對比法，在爐前快速打印出C、Si、共晶團數、強度和HBS值。
4、直讀光譜儀
直讀光譜儀，英文名為OES（Optical Emission Spectrometer），即原子發射光譜儀。
展開 【iSolver案例分享2】標準緊湊拉伸(CT)試樣的彈塑性分析
Solver案例分享：標準緊湊拉伸(CT)試樣的彈塑性分析
引言：結構有限元軟件iSolver已發展到一定階段，現采用結構有限元軟件iSolver進行結構分析，iSolver可使用Abaqus作為前后處理工具，本文以標準緊湊拉伸(CT)試樣的彈塑性分析為例，將iSolver求解器和Abaqus計算結果進行對比，比對兩種有限元軟件的計算結果。
斷裂試驗試樣是指帶有預制裂紋的用以測定材料斷裂韌性的試樣。試樣形式、幾何尺寸、各部分比例、裂紋預制方法與尺寸等在相應的測試標準中都有規定。
常用的斷裂試樣有：(1)三點彎曲（TPB)試樣；（2)緊湊拉伸(CT)試樣；（3)中心裂紋板(CCP)試樣；（4)單邊裂紋板(SECP)試樣；（5）雙邊裂紋板(DECP)試祥；(6)拱形試樣。
圖1 CT試樣
緊湊拉伸試件（CT）是與一種根據ASTM和ISO標準制造的缺口試樣。CT試樣廣泛用于斷裂力學和腐蝕測試領域，以獲取材料的斷裂韌性和疲勞裂紋擴展數據。
圖2 CT試樣示意圖
通過使用疲勞試驗機，在樣品孔中的銷釘施加周期性載荷來產生疲勞裂紋。疲勞裂紋將從缺口處開始，逐漸延伸到整個樣品。通常通過測量隨裂紋擴展而變化的試樣的順應性來監測裂紋的長度，也可以通過使用光學顯微鏡直接測量以測量裂紋尖端的位置來監測裂紋的長度，或者根據裂紋口張開或引伸計讀數間接監測裂紋的長度。對于軋制材料，缺口應與材料最薄弱的軋制方向對齊。這將確保所獲得的所有結果都是保守的。
問題描述：
下面以一個CT試樣為例，對其進行彈塑性分析，計算其應力分布及位移分布。
展開 【iSolver案例分享63】國標規定拉伸試樣的非線性瞬態分析
本文以兩種國標規定拉伸試樣的非線性瞬態分析為例，演示iSolver的分析流程，并將iSolver和Abaqus計算結果進行對比。
2.模型背景：
此案例為國標規定拉伸試樣的非線性瞬態分析。對于不同材料，如果想測定其應力應變曲線，需要對其根據GB 6397進行制樣，用于之后的拉伸試驗，之后根據測得的數據，經過處理再繪制材料的應力應變曲線。GB 6397規定了七種不同形式的拉伸試樣，為了測試iSolver在非線性方面的處理精度，選取了棒材試樣和板材試樣兩種常用試樣，分析其在塑性變形的情況下，軟件應力、應變、塑性應變等關鍵參數與主流有限元軟件的吻合度。該結構選用的單位制為SI(mm)制，結構材料為Q235B，其彈性模量為210e3MPa，泊松比為0.33，密度為7.85e-9tonne/mm3。采用全實體四面體網格進行劃分。
展開 基于Abaqus的隨機纖維增強復合材料拉伸試樣建模插件
二、 模型
此插件目的在于生成拉伸試樣模型，拉伸試樣模型尺寸如下圖所示，符合JIS K7162-1994：塑料－拉伸特性的試驗方法，JIS K7139-2007：塑料－多用途的試樣、ISO527-2塑料-拉伸性能測定標準
插件生成模型長為170
三、 插件啟動方式
四、 啟動隨機纖維增強復合材料拉伸試樣建模插件，啟動后界面如圖所示
用戶可定義：纖維長度、纖維直徑、纖維體積含量（小數形式）
確認生成之前將Abaqus選至裝配模塊可大大加快生成速度
五、 生成效果
插件可直接生成裝配完成的模型
歡迎通過微信公眾號聯系我們。
微信公眾號：320科技工作室。
展開 基于Abaqus的隨機纖維增強復合材料拉伸試樣建模插件2.0
由于短纖維增強復合材料的有限元模型需要考慮隨機的纖維分布，如果纖維束數量較多，則手動在abaqus中直接建模工作量會過于繁重，因此本文介紹了一種基于abaqus的建模插件，可以成功快速實現隨機纖維增強復合材料拉伸試樣模型的建立。
一、新增功能
爭對此，可對隨機纖維增強復合材料拉伸試樣進行插件建模，在前一版本中，主要基于下面的標準試樣進行短纖維模型的建立。
插件版本1.0
但是實際中，不同研究人員所用拉伸試樣尺寸可能不一致，為解決這一問題，發布了復合材料拉伸試樣插件2.0版本了，在該版的插件中，我們將拉伸試樣的尺寸考慮在內，將試樣尺寸變成為用戶自定義的參數。
插件版本2.0
二、纖維生成算法
此插件核心之一在于如何生成不相交的纖維，因此選擇選用解析幾何方法對隨機生成的纖維是否與已經生成的纖維進行相交判斷，不相交的判斷算法如下，首先生成的纖維可以看做空間線段，當每條線段之間的最短距離均大于纖維直徑時，此時纖維的位置視為均不相交,由此進行判斷纖維是否相交；
核心之二在于,如何保證纖維的體積含量，由于隨機生成的纖維需要切割，切割后纖維的體積含量很難計算，如果一次生成所有纖維在切割，容易導致體積含量過大或者過小，無法保證；本插件采用迭代算法逼近，即先根據體積含量計算出初始纖維體積，再經歷一道切割之后，計算切割后纖維體積距離設定的體積分數還差幾個纖維，進行第二次迭代……以此類推直到切割后的纖維體積距離設定體積分數小于一個纖維體積時，整個迭代結束，以此確保纖維的體積精確。
與此同時，當設定的參數不合理時，可能導致迭代的過程無法收斂，如在纖維體積含量過大時會出現纖維難以生成導致一直死循環，所以再本插件中，設置了最大的迭代次數上線，當超過這個最大次數時，即使體積未達到，整個生成過程也將中止，以此保證腳本的收斂。
展開 在三點彎曲試樣中的裂紋增長
在三點彎曲試樣中的裂紋增長
產品：Abaqus / Standard
該實施例示出了裂紋長度對時間的模擬以模擬裂紋擴展和使用裂紋開口位移作為裂紋擴展標準。 為了在延性材料中穩定的裂紋生長，實驗證據表明，與持續的裂紋擴展相關的裂紋尖端后面的指定距離處的裂紋開口位移（COD）的值通常是常數。 Abaqus在裂紋尖端后面的指定距離處提供臨界裂紋開口位移作為裂紋擴展標準。 在本實施例中使用的其他裂紋擴展模型 - 規定的裂紋長度對時間 - 通常用于驗證從實驗獲得的結果。 Abaqus還提供了脆性材料裂紋擴展的臨界應力標準。
在該示例中，允許三點彎曲試樣中的邊緣裂紋基于裂紋開口位移標準生長。 首先通過給出裂紋長度作為時間的函數來模擬裂紋傳播。 裂紋長度的數據取自Kunecke，Klingbeil和Schicker（1993）。 使用COD標準的裂紋擴展分析的數據取自第一分析。 這個例子說明了COD標準如何用于穩定的裂紋擴展分析。
問題描述
考慮在平面應變下的三點彎曲試樣中經受模式I加載的邊緣裂紋（參見圖1.4.4-1）。裂紋長度與試樣寬度比為0.2。試樣的長度為55mm，寬度為10mm。試樣承受彎曲載荷，使得初始時對于靜止裂紋形成良好包含的塑性區域。隨后，允許裂紋生長。
幾何和模型
由于對稱性，僅分析了試樣的一半。裂紋尖端被建模為最初鈍化，使得可以考慮裂紋尖端附近的有限變形效應（在步驟中考慮的幾何非線性）。網格由1737個CPE4元素組成（圖1.4.4-2）。為了獲得平滑負載對裂紋長度關系所必需的相當細的網格被用于對塑性區域生長和發生裂紋擴展的區域建模。通過分析剛性表面模擬試樣的加載點和支撐點，如圖1.4.4-2所示。
展開 改進的緊湊拉伸試樣的疲勞裂紋擴展分析 - ANSYS Workbench ￥3
改進的緊湊拉伸試樣的疲勞裂紋擴展分析 - ANSYS Workbench
本教程包括改進的緊湊拉伸試樣的逐步疲勞裂紋分析。
步驟 1：概述
這項工作的主要目的是提出混合模式載荷下線性彈性材料中裂紋擴展路徑的數值模型，以及研究在恒定幅值載荷條件下改進的緊湊拉伸試樣中孔洞的存在對疲勞裂紋擴展和疲勞壽命的影響。
ANSYS Mechanical（工作臺）利用 ANSYS 中的一項新功能即智能裂紋擴展技術，準確預測恒定幅值載荷條件下的裂紋擴展路徑和相關的疲勞壽命。
在線彈性斷裂力學 (LEFM) 假設下，采用巴黎定律模型評估具有不同 MCTS 配置的改進緊湊拉伸試樣 (MCTS) 的混合模式疲勞壽命。該方法涉及通過增量裂紋擴展分析準確評估應力強度因子 (SIF)、裂紋擴展路徑和疲勞壽命評估。
疲勞裂紋擴展結果表明，疲勞裂紋始終被孔吸引，因此要么它只能彎曲路徑并向孔擴展，要么它只能從孔中浮出并在孔消失后進一步擴展。就混合型載荷條件下裂紋擴展的軌跡而言，本研究的結果與文獻中發表的幾項裂紋擴展實驗的結果相一致，這些實驗顯示了類似的觀察結果。
本教程主要基于 Abdulnaser M. Alshoaibi 和 Yahya Ali Fageehi 的論文“線性彈性材料疲勞裂紋擴展路徑的數值分析和壽命預測”。
第 2 步：設置
在 ANSYS Workbench 主菜單上拖放靜態結構分析：
步驟3：工程數據（材料模型）
本教程選定的材料是“SAE 1020 碳鋼”。
材料模型由各向同性彈性、拉伸屈服強度、拉伸極限強度和巴黎定律參數（C 和 m）組成。
展開 
【iSolver案例分享70】標準規定帶預制裂紋的三點彎曲試樣的靜力學分析
本文以兩種國標規定拉伸試樣的非線性瞬態分析為例，演示iSolver的分析流程，并將iSolver和Abaqus計算結果進行對比。
2.模型背景：
此案例為冶金工業部標準規定的三點彎曲試樣的非線性瞬態分析。對于不同材料，如果想測定其彎曲力學性能，需要對其根據YB/T 5349-2006進行制樣，用于之后的三點彎曲試驗，之后根據測得的數據，通過公式計算彎曲彈性模量、抗彎強度、斷裂撓度等結果。YB/T 5349-2006規定了圓形橫截面、矩形橫截面、薄板三種不同形式的三點彎曲試樣。
為了測量和驗證金屬材料的彎曲強度與斷裂韌性之間的關系，需要制作包含初始裂紋的三點彎曲試樣。選取矩形橫截面試樣在isolver中建模，分析其在塑性變形的情況下，軟件應力、應變、塑性應變等關鍵參數與主流有限元軟件的吻合度。該結構選用的單位制為SI(mm)制，結構材料為Q235B，其彈性模量為210e3MPa，泊松比為0.33，密度為7.85e-9tonne/mm3。采用全實體四面體網格進行劃分。
3.建模：
進入isolver軟件前處理界面：
首先創建part，點擊part，之后點擊create，建立一個名字為3bp的part。
再來建立點，點擊node，之后點擊create，出現如下所示頁面。
依次以輸入節點坐標、點擊apply的循環方式完成(0,0,0)、(10,0,0)、(10,2,0)、(0,2,0)、(5,1.8,0)、(4.9,2,0)、(5.1,2,0)節點的建立，建立之后的頁面如下：
接下來需要把點連接成閉合線，點擊element，之后點擊polyline，出現多段線建立頁面，依次點擊節點建立多段線。
展開 霍普金森桿劈裂試樣數值模擬k文件 ￥18.8
霍普金森桿劈裂巖石試樣數值模擬。
入射桿長度為1200mm，反射桿長度為1000mm，直徑50mm，試樣直徑50mm，厚度為25mm。
Abaqus霍普金森壓桿仿真插件：autoSHPB_V2.2 ￥58
1.3.界面介紹
1.4.試樣材料本構參數
1.4.1 1100-H14鋁合金 Johson-Cook模型參數
1.4.2 黃銅Johson-Cook模型參數
1.5.輸出結果
1.5.1 例如試樣Mises應力云圖
50e3mm/s速度下試樣時域云圖
1.5.2 例如桿件三波曲線
不使用整形器
使用整形器
1.5.3 試樣接觸壓力、界面摩擦
試樣接觸壓力
試樣界面摩擦
1.5.4 使用教程
展開 基于ABAQUS的分離式霍普金森壓桿SHPB仿真（附.cae.inp） ￥15
此外還提供了一個試樣應力應變數據處理表格和數據處理的視頻，包含兩種獲得試樣應力應變的方法：直接提取試樣應力應變的直接法和基于入射桿透射桿三波曲線的間接法。
2、SHPB原理
常規霍普金森桿SHPB（仿真）結構
如圖所示，常規的SHPB仿真模型結構主要包含撞擊桿、入射桿、透射桿、試樣，有時為了進行波形整形會使用整形器（整形片）。
SHPB基本力學過程：開始撞擊桿以一定速度撞擊入射桿，在入射桿形成一個向正方向傳播的入射波（壓縮波），入射波從入射桿傳遞到試樣并對試樣進行壓縮，入射波一部分在入射桿與試樣界面反射形成反向傳播的反射波（拉伸波），另一部分通過試樣進入透射桿形成透射波（壓縮波）。
SHPB兩個基本假定：一維性應力狀態和均勻性假定。一維性要求桿件及試樣共軸，并減小橫向慣性引起的幾何彌散效應的影響。一般選擇合適的桿直徑，采用整形器可有效減小幾何彌散。均勻性要求試樣達到動態平衡，即試樣兩端相對應力差足夠小。相對應力差與阻抗比、應力波在試樣中的反射次數有關，反射次數由試樣材料波速和試樣軸向長度決定。此外，端面摩擦也會改變試樣應力、應變狀態，使試樣呈現鼓狀產生非均勻變形并且軸向壓縮應力幅值增加。
3、仿真模型
分離式霍普金森壓桿SHPB仿真模型
根據加載方式以及是否進行波形整形設置3個作業模型：
仿真模型各部尺寸和參數如下：
撞擊桿直徑20mm，長度200mm；入射桿、透射桿直徑20mm，長度分別為1800mm、1200mm；試樣直徑10mm，厚度8mm。黃銅片作為整形器。
撞擊桿初始速度設置為12e3mm/s。
展開 