單軸拉伸的案例
Ansys案例研究 | 單軸拉伸試驗應變測量
概述：
單軸拉伸試驗是了解大多數材料并獲取應力與應變關系的主要方法?？煽康?em>拉伸數據對于組件設計至關重要。本案例展示了如何進行拉伸試驗并獲取應變圖。
目標：
觀察在施加漸進式位移載荷的單軸拉伸試樣中的應變。
步驟：
1、打開Ansys Workbench，創建一個“靜態結構”系統。
2、定義拉伸試驗樣品的材料屬性。本例中使用的是結構鋼。
3、導入模型，其外觀類似于圖 1 所示。
圖1 單軸拉伸試驗試樣
4、將材料分配給幾何體。
5、按照圖2所示，在試件上施加適當的約束條件。
圖2 樣品的邊界條件
6、按照圖2所示施加位移。
7、對模型進行網格劃分并運行仿真。繪制等效彈性應變(圖3)。
圖3 等效彈性應變圖
總結：
本案例說明了單軸拉伸試驗樣品中應變的測量方法。
如有疑問歡迎留言或私信！
展開 ABAQUS單軸拉伸仿真分析與試驗對比
單軸拉伸試驗與仿真
概述
單軸拉伸試驗是基本的材料力學性能測試試驗，本文采用ABAQUS軟件模擬其試驗過程。
模型設置
模型難點在材料設置上，采用韌性損傷準則，考慮應力三軸度，損傷演化等。
應在場變量輸出中勾選剛度退化、損傷起始準則及單元刪除。
3. 結果對比
頸縮
斷裂
EX1_運用LSPP的單軸拉伸樣件建模文檔
EX1_運用LSPP的單軸拉伸樣件建模文檔
tensile_solid_org.k
tensile_solid_org_ini.k
1、目的
了解LS-DYNA?的面板結構和關鍵字用戶手冊。應用LS_PrePost?查看輸入面板及關鍵字參數的編輯。學習如何通過ASCII（或binout）讀取數據生成曲線及繪制應力云圖。
2、試樣說明
單軸拉伸樣件測試。樣件的一端固定，另一端進行拉伸實現永久變形。
3、建模版本說明
建議LS_PrePost?采用4.6及以上版本，求解器用LS-DYNA R11.0版本。
4、步驟
EX1_建模幫助文檔
打開密碼：fangkun
展開 記憶合金、等12種非線性材料的單軸拉伸模擬
這里以記憶合金為例子進行一次單軸拉伸模擬，來求解記憶合金的應力-應變關系。
計算結果
記憶合金的本構關系：
模型建立
針對以下圖例所示模型，邊長L的正方形塊，約束左邊的X自由度和底部的Y自由度，在頂部施加均勻壓力載荷。這樣一個單軸拉伸模擬可以用平面單元建立，也可以用實體單元建立，區別不大。
材料參數
非線性材料的使用的關鍵是材料的定義，ANSYS中提供了多種非線性材料本構模型，包括：各向異性超彈性材料模型、鑄鐵材料模型、塑性材料模型、復合材料模型、流體材料模型、泡沫材料模型、混泥土材料模型定義、粘塑性材料模型、粘彈性材料模型、內聚力模型、多重彈性材料、壓電材料模型、形狀記憶合金材料模型、顯示彈簧阻尼材料模型、各向異性彈性矩陣定義、各項異性塑性材料模型、雙線性各向異性硬化模型、雙線性隨動硬化模型、各向異性導電性模型、各向異性導磁性模型、各向異性電極化模型、墊片材料模型、蜂窩材料模型、超彈性材料模型、膨脹參數模型等，還有很多較復雜的材料本構模型以及可以用戶自定義材料本構模型。
以記憶合金為例子具體介紹，記憶合金材料的定義除了定義基本彈性模量參數和泊松比參數，關鍵是定義記憶合金的本構關系。如圖給出記憶合金的本構關系，因此記憶合金的使用，還需要定義圖中的幾個關鍵參數。
了解了記憶合金的本構關系，具體的定義其實很簡單，如下命令流中
TB
,
SMA
,1 ：定義1號材料為記憶合金本構模型
此后，需要通過TBDATA指定記憶合金本構關系中的幾何參數，依次為：
TBDATA,1,520,600,300,200,0.07,0 !* SHAPE MEMORY ALLOY
MP, EX, 1, 60.0E3 !
展開 
lammps案例分析（2）：石墨烯單軸拉伸之deform方式
#------------8 拉伸設置--------------------------------thermo_style custom step press v_strain v_px v_sigmaxx temp lx ly lz volthermo 100fix 2 all nvt temp 300 300 0.01fix 3 all deform 200 x erate 0.05 remap xdump 1 all atom 500 algp.lammpstrjrun 10000
拉伸之后對數據進行處理，石墨烯在單軸拉伸下最大應力值大約103左右，應力-應變圖如下圖所示：
從物理意義上拉伸，使用velocity方式拉伸時，固定物體的一端，載荷加載到另一端上，更符合實際拉伸過程。
展開 單軸拉伸文件及計算子程序 ￥58
<p>B站單軸拉伸文件及計算子程序（帶注釋）</p>
GTN單軸拉伸復現
復現一篇頂刊，用的GTN模型仿真單軸拉伸。復現結果與論文對不上，拜托大佬看一下，附上論文跟inp文件。
幾何：厚度1mm，引伸計50mm
材料：
GTN參數：
網格：按論文采用C3D8R，0.5*0.5mm最小尺寸，論文中沒有說明厚度方向的網格尺寸。
結果：
我的復現為藍色，與論文差異極大；橫坐標為標距位移，縱坐標為力。
此外，將模型中GTN損傷去掉后的曲線如下：
TEST.inp
j.ijmecsci.2019.105170.pdf
復旦丁建東教授課題組對單軸周期性拉伸力學刺激下彈性高分子表面的細胞取向進行研究
細胞可以通過力轉導過程對所處微環境中的力學刺激信號作出響應，動態拉伸已被證實對細胞行為具有顯著影響，這是一個生物材料學、細胞生物學、生物化學、生物力學等相關領域的交叉學科課題。近日，復旦大學丁建東教授課題組的研究揭示了單軸周期性拉伸的彈性高分子表面的細胞取向存在臨界響應頻率和臨界拉伸速率，并結合高分子鏈松弛理論為該臨界現象提供了合理闡釋。
利用光刻技術、軟蝕刻技術和有限元分析方法，丁建東教授課題組設計和制備了適用于細胞力學拉伸研究的雙層聚二甲基硅氧烷（PDMS）微流控裝置。該裝置的工作原理為：當芯片側腔抽真空時，其體積減小，導致中間流體通道的薄膜發生拉伸，進而對黏附于薄膜上的細胞施加周期性拉伸作用。通過將PDMS微流控芯片與活細胞工作站、外源智能化真空泵聯用，同時實現了細胞實時觀察、細胞培養和細胞拉伸三大功能。
圖1 利用雙層PDMS微流控裝置探究拉伸頻率對彈性高分子薄膜表面細胞行為的影響
丁建東教授課題組以此PDMS微流控芯片為研究平臺，驗證了細胞在合適條件下有垂直于拉伸方向取向的特性。
圖2 周期性拉伸下的細胞取向
作者還借助源于建筑學中的張拉整體結構模型（tensegrity model）對材料表面的細胞處于周期性單軸拉伸時取向和能量之間的關系及其時間依賴性進行了推演。理論計算不僅得出了垂直取向的結論，而且對細胞取向有序度隨時間的演化也給出了與實驗一致的動力學趨勢。這是為數不多的可對粗粒化的細胞模型進行處理、且給出解析解的理論工作。
展開 直播 | LS-DYNA 簡單建模流程—單軸拉伸實驗實例講解
拉伸試驗能夠測出材料的屈服強度、抗拉強度、斷裂延伸率等性能參數，對于設計有很強的指導意義。在做有限元分析時，也需要輸入材料的參數（常用屈服強度）。單軸拉伸試驗的模擬能夠通過實驗結果與模擬結果對照，確定所選材料模型參數的有效性。
基于晶體塑性有限元（CPFEM）的鈦合金圓棒拉伸過程模擬
圖3 單軸拉伸過程應力云圖
圖4 單軸拉伸過程孿晶云圖
通過晶體塑性有限元方法，可以對材料變形過程中的晶體學取向信息進行分析。圖5所示為單軸拉伸過程晶粒歐拉角云圖，其中SDV55、SDV56、SDV57分別對應歐拉角φ1、φ、φ2。
圖5 單軸拉伸過程晶粒歐拉角云圖
綜上所述，晶體塑性有限元是一種強大的數值模擬技術，能夠深入分析晶體材料的塑性變形行為，為材料科學與工程領域的研究和應用提供有力支持。
最后，有相關需求歡迎通過公眾號“320科技工作室”與我們聯絡。
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基于abaqus的Huang晶體塑性UMAT改VUMAT
（1）15個不同取向晶粒的多晶模型
15個不同取向晶粒的多晶模型，采用狗骨單軸拉伸試件進行數值試驗，有限元模型如下圖所示。開展單軸拉伸，UMAT采用隱式分析，VUMAT采用顯式分析。
圖 1 單軸拉伸多晶有限元模型
不同晶粒的材料參數設置如下：
圖 2 多晶材料不同取向的設置
圖 3 計算完成的截圖
單軸拉伸UMAT和VUMAT計算得到的力-位移響應如下。
圖 4 單軸拉伸UMAT和VUMAT計算得到的力-位移響應
單軸拉伸結束時刻的應力、應變場如下：
圖 5 計算完成的應力場
圖 6 計算完成時刻的應變場
（2）125個網格的單位長度代表體積單元
125個網格的單位長度代表體積單元，每25個網格設置1個取向，有限元模型如下圖所示。
圖 7 125個網格的單位長度代表體積單元有限元模型
圖 8 材料參數設置
圖 9 計算完成時刻的應力云圖
圖 10 計算完成時刻的應變云圖
最后,如有需要歡迎通過公眾號"320科技工作室"與我們聯絡
展開 基于粘塑性自恰模型（VPSC）的鈦合金拉伸壓縮織構演變模擬
作者：辭殤
關鍵詞：VPSC；鈦合金；拉伸壓縮；織構演變
粘塑性自?。╒PSC）模型，區別與宏觀本構模型，VPSC模型不僅能夠模擬變形過程中材料宏觀力學性能的演化過程，還可以同時模擬材料內部由于變形引起的織構演化過程，實現宏觀與細觀結合，從而使我們更加深刻地理解材料的變形過程。
本文使用VPSC計算HCP金屬鈦合金的單軸拉伸和單軸壓縮變形過程，實現鈦合金拉伸壓縮過程中的應力應變、織構演變以及滑移孿晶變形機制啟動情況的預測，VPSC程序模擬過程如圖1所示。
圖1 VPSC程序模擬過程圖
VPSC模擬的材料初始極圖由程序隨機生成，其極圖如圖2，可見初始狀態表現為隨機織構，極密度最大值為1.4。在經過25%的拉伸以及壓縮變形后，材料內部織構發生明顯變化，表現出織構特征。圖3所示為單軸拉伸后的織構極圖，圖4所示為單軸壓縮后的織構極圖。
圖2 初始隨機織構極圖
圖3 單軸拉伸織構極圖
圖4 單軸壓縮織構極圖
圖5所示為單軸拉伸過程中的應力應變曲線，圖6所示為單軸壓縮過程中的應力應變曲線?？梢钥吹?，由于HCP金屬鈦合金的各向異性導致兩種變形模式下材料的流動應力演變過程以及變形過程中織構的演變有很大差異。
圖5 單軸拉伸應力應變曲線 圖6 單軸壓縮應力應變曲線
圖7所示為VPSC預測的單軸拉伸過程中變形機制相對活性。可以看出，柱面滑移的活性急劇下降至最低點并且之后幾乎為零，基面滑移和錐面滑移占據主導地位，二者的活性隨著變形量的增加持續上升至最大值，拉伸孿晶和壓縮孿晶的活性呈現先緩慢上升又緩慢下降的變化趨勢。
圖8所示為VPSC預測的單軸壓縮過程中變形機制相對活性。
展開 應用不同計算模型的巖石/混凝土單軸抗壓試驗簡單對比
計算結果：
單軸壓縮試驗、Mohr-Coulomb破壞-完整的巖石
抗壓強度：30MPa
殘余壓縮強度：20MPa。
單軸拉伸試驗、拉伸斷裂失效-節理
拉伸強度：0.5MPa
殘余拉伸強度：0.1MPa
修正的DP混凝土：
（1）單軸拉伸強度：3.0 MPa；
（2）單軸抗壓強度：30.0 MPa；
（3）雙軸抗壓強度：36.0 MPa；
（4）膨脹參數：拉伸膨脹系數：0.25；壓縮膨脹系數：1.00。
高分子材料流變學簡介-流場
單軸拉伸流動
在聚合物加工中，紡絲是典型的單軸拉伸過程。另外，在錐形或楔形流道中，流體經歷剪切拉伸變形。因此，只有在中心線的位置，流動可視為純粹單軸拉伸流動。在高拉伸速率下，通過拉絲實驗進行的單軸拉伸很難達到穩定拉伸流動階段。因此，由此實驗測定的只是瞬態拉伸粘度ηe+。典型的瞬態拉伸粘度隨時間的變化過程見圖。
圖中曲線表明：在開始階段，拉伸粘度隨時間單調增加。然后，由于拉伸速率的不同而表現出不同的行為。如果拉伸速率很低，ηe+~t曲線可達到一平衡值，ηee+=3η0，稱為Trouton 粘度。在稍高的拉伸速率的作用下，當拉伸粘度增長一定時間后，ηe+~t曲線開始往上翹，并常在還沒有達到平衡值時由于熔融單絲斷裂而中斷實驗。通常，把這種拉伸粘度突然增大的現象稱為應變硬化。在拉伸流動中，很多聚合物表現出這種應變硬化行為。而且，這種應變硬化行為與聚合物分子量分布、支化程度等的大分子結構相關。因此有可能通過測定瞬態拉伸粘度的實驗來表征聚合物大分子結構。
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