極限應變速率
關注創建者：工科小學生 創建時間：2021-05-19
極限應變速率的視頻教程
如何準確獲取高應變速率拉伸性能的應力應變曲線
高速拉伸測試是一種通過施加高速應變率來研究材料在瞬態負載下的力學行為的方法。通過高速拉伸測試，可以獲取材料的應力-應變曲線、動態彈性模量、屈服強度、斷裂韌性等重要參數，進而評估材料的性能和可靠性。 通過測試材料在極限條件下的破壞行為，如斷裂模式、斷裂機制等，實現對破壞行為的研究，從而為設計和改進材料提供指導。 實驗數據可以用于驗證和校準計算模型，提高模擬結果的準確性。
免費
查看
極限應變速率的實例教程
之前一篇講了極限應變速率，今天剛好可以現身說法。壓縮樣高度是1000mm，然后上模的速度是5mm/s，極限應變速率是0.01，下面看結果。計算過程一直無法收斂，在模擬過程中也看不到應變，結果非常異常。
速度5mm/s，極限應變速率0.01
然后我將速度增大10倍，改成50mm/s,得到以下結果，這個結果正常多了，計算過程也沒遇見無法收斂的情況。原因為何？原因就是50/1000=0.05＞0.01，即大于極限應變速率。
速度 50 極限應變速率0.01
那么既然只要大于極限應變速率就行，那我是不是把極限應變速率改小而不改變速度也行呢？答案是肯定的，以下就是結果，非常漂亮。
速度5 極限應變速率0.001
好了，結果證明只改小極限應變速率也行，那改小應變速率之后，對結果會有什么影響嗎？那這次我們仍然讓速度保持為50，將極限應變速率改成0.001，得到以下結果，和速度50，極限應變速率0.01的結果對比，發現這倆結果一模一樣。得出結論，改小極限應變速率并不會影響結果！
速度50 極限應變速率0.001
展開 作者：吳華春 上海安世亞太結構應用工程師
文章發布：上海安世亞太官方訂閱號（搜索：PeraShanghai）
聯系我們：021-58403100
本文共計1591字，閱讀時間預計5分鐘
編者按
作者在本文對DEFORM軟件使用時常出現的問題進行了深入探討，并針對應變值不變的問題提出了解決方案，有利于技術工程師在實際使用時進行更好的模擬仿真。
在變形中，有一種相對常見的情況：零件變形，但有效應變保持為0，其他變量（如應力）的行為異常。報錯信息如圖-1所示，工件的單元應力為0。（注：圖-1所示錯誤多發生在用戶自定義材料中，因此用戶首先要確認輸入的材料參數是否符合材料本構模型。）
當應變率非常小時，問題很常見，并且與被稱為“極限應變率”的值相關。
圖-1 單元應力為0的錯誤信息
什么是極限應變率？
在DEFORM中，剛塑性有限元算法是因變形而在單元中產生的應力。在剛塑性模型中，如果一個單元沒有塑性變形，那么該單元的應力是不明確的。然而良好的收斂，需要一致的應力。
為了改善收斂，DEFORM 使用被稱為“極限應變速率（LMTSTR）”的值來識別零件的剛性或幾乎剛性區域，并計算變形率接近零的區域的流動應力。
一般來說，流動應力和應變率之間的關系是非線性的，由流動應力定律定義。 在低于極限應變速率的值下，可假定流動應力和應變率關系在0和σ（εL）（σ（εL）極限應變率）下的流動應力之間是線性的。
根據計算目的，應變率低于極限應變率的單元被視為“剛性”。它們不會計算應變，并且報告的有效應力可能相當低。
如何計算極限應變率？
極限應變率保持是指“平均應變率”的固定比率。
展開 3 平均應變速率(Average strain rate)
平均應變率（AVGSTR）是有效應變率的特征平均值。在仿真開始時應給出該值的近似值， 可以用下面的公式獲得合理的近似值：（不過貌似大部分的情況下都不用管它）
式中：V指的是主模具的初始速度
h指的是工件的最大高度，對于壓縮來講就是初始高度
4 極限應變速率(Limiting strain rate)
這個值的意思呢就是當材料的應變速率低于此值時，材料會被當成剛體，應變值和破壞值都不會改變。觀察上面平均應變速率的近似計算公式，當V太小或者h太大，都會導致應變速率非常小。假如你發現你的工件在變形，但是應變為0不變，那么可以考慮是不是應變速率太小以致于小于極限應變速率引起的。
DEFORM會自動地使這個值保持為0.1%-1%平均應變速率。如果這個比例太低，求解可能會不易收斂，如果太大，解的精度又會下降。
5 彈塑性初始推測(EP initial Guess)
彈塑性求解（ELPSOL）的收斂性取決于應力-應變狀態的初始推測。主要有以下三個選項：
塑性求解(Plastic solution)：使用純塑性變形數據來生成初始猜測。
彈性求解(Elastic solution)：使用純彈性變形數據生成初始猜測。
前步求解(Previous step solution)：使用上一步中的彈塑性求解來生成初始推測。
在大多數情況下，前步求解可以提供最佳的收斂性。
展開 對于變形速率較慢的模擬，必須在模擬開始前重新定義平均和極限應變率。
■ 每個塑性工件的值都在屬性對話框中設置，平均應變率可以由V/L來估計，其中V為模具速度，L為零件的特征變形長度。
■ 極限應變率通常應定義為平均應變率的1/100。
■ 用戶可以參照圖2所示，從DEFORM的前處理器的界面進行平均應變率和極限應變率的設置，當然也可以利用文本編輯器打開KEY文件，進行參數修改，如圖3所示。
圖2 平均應變率和極限應變率設置
圖3 KEY文件中平均應變率和極限應變率設置
模擬除外，工件的剛性部分將看到高持續應力低于屈服應力，例如機械切削加工模擬和自由擠壓。在這些情況下，剛性區域可能傾向于在持續的應力下“蠕變”。
展開 (4)
式中:σ0表示無塑性應變時的應力,其值取決于代表應力-應變曲線的線性段的斜率E,σf是高塑性應變時的極限應力。參數B和β決定平均塑性應變及應變范圍,在這個范圍內,真實應力隨著真實塑性應變的增加而增加。
2.3.2 高速下方程參數擬合
將參數σf(每一測試速度下)與塑性應變速率的對數作圖。將數據進行最佳的線性擬合,并將直線外推至最大測試速率以上兩個數量級的應變速率。在此范圍內可通過圖形或以下公式得出任一應變速率下的σf 的值:
(5)
式中:C為應力軸上的截距;a為曲線斜率。計算有效塑性應變速率A′ 時,可以通過計算峰值應力下的塑性應變隨時間的變化速率,如沒有峰值應力則采用屈服應力。
通過在不同應變速率下的試驗數據擬合式(4)的參數值,獲得每一個參數的平均值,從而得出參數σ0,σf,B，β的單一數值。
2.4 高應變速率下材料的應力-應變曲線
根據方程擬合法的原理可知,采用方程擬合法得到高應變速率下的應力-應變曲線,需要用到式(4),而式(4)適合于帶有屈服的樣品的擬合。因此對于脆性材料便不適合應用此公式得到高應變速率下的應力-應變曲線。對于聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)韌性材料,可以采用方程擬合法得到高應變速率下的應力-應變曲線。
根據測試所得數據,將某PP材料以及某PC材料使用式(4)以及式(5)進行擬合的各參數如表1所示。
表1 擬合得出的參數
根據上述擬合的參數,得出高應變速率下的PP，PC應力-應變曲線,如圖1，2所示。圖1，2中曲線1，3，5分別為0.1，1，10 mm/s速度下測試所得的結果，曲線2，4，6分別為0.1，1，10 mm/s速度下根據式(4)擬合的結果，曲線8，10為采用式(4)與式(5)擬合的結果。
展開 
極限應變速率的相關專題、標簽、搜索
極限應變速率的最新內容
全文速讀：
在不同應變速率下對鑄鐵和鑄鋁圓棒試樣進行了單軸高速拉伸試驗，研究了它們的動態力學性能及斷裂情況，分析了相關因素對試驗的影響。結果表明：測試應變、應力的方法，試樣標距長度及夾持端長度等對試驗準確性和曲線振蕩程度有較大影響；使用比剛度和比強度高的夾具、短標距試樣、應變片測試應力、兩臺相機測試應變、適當增加夾持端長度可以提高試驗結果的準確性。
工程上對金屬材料的拉伸試驗通常要求應變速率在
導讀
從汽車安全性角度，必須要考慮鋁合金等輕量化材料車身在碰撞中的抗沖擊性以及承受沖擊載荷的能力。由此，研究鋁合金在應變速率為1s-1～103s-1范圍的動態力學性能，成為新能源汽車安全可靠性仿真與評估的重要參量。
3003鋁合金作為低強度汽車動力電池封裝材料，其動態力學特性成為汽車受撞擊苛刻條件下殼體損傷程度評估，乃至動力電池防泄漏安全設計及管理的關鍵指標，但相關研究鮮有公開報道
在應變速率0.001/s至1000/s區間內，要獲得不同數量級下的應力-應變曲線，需要不同的測試設備，即準靜態萬能材料試驗機和高速拉伸試驗機。準靜態萬能材料試驗機可滿足應變速率0.001/s至10/s（準靜態拉伸應變速率）下的測試，高速拉伸試驗機可滿足應變速率10/s至1000/s（高速拉伸應變速率）下的測試。
所以，“如何獲得應變速率0.001/s 至1000/s區間的應力-應變曲線”
基于高速液壓伺服試驗機的材料動態拉伸試驗是獲得中低應變率力學性能的主要手段，但如何獲得材料的動態拉伸載荷、動態應變，以及失效過程的熱耗散數據是試驗測試的關鍵。就像飛機在服役過程中結構可能會遭受鳥撞、應急墜撞等沖擊載荷的作用，如飛機機頭和機翼結構是飛鳥、冰雹等外來物沖擊的密切關注部位，飛機機體下部結構則需進行抗墜撞設計以提高其適墜性。飛機結構在沖擊載荷作用下，材料的力學行為相較準靜態加載需考慮應變率效應的影響
1 引言
大規模的地下開采會導致地面出現沉降，沉降的范圍取決于崩落帶的范圍和巖石斷裂帶的范圍，如下圖所示。控制沉降的一個主要評價指標是斷裂極限(Fracturing Limits), 即巖石多大的應變是可以接受的。
在過去的文章中，討論了地下開采引起地表沉降的影響因素以及沉降預測的經驗方法，參考以下的鏈接。
崩落采礦誘發地表沉降預測的經驗方法
丘基卡馬塔銅礦由露天開采轉入地下開采
原因就是50/1000=0.05＞0.01，即大于極限應變速率。
速度 50 極限應變速率0.01
那么既然只要大于極限應變速率就行，那我是不是把極限應變速率改小而不改變速度也行呢？答案是肯定的，以下就是結果，非常漂亮。
速度5 極限應變速率0.001
好了，結果證明只改小極限應變速率也行，那改小應變速率之后，對結果會有什么影響嗎？
假如你發現你的工件在變形，但是應變為0不變，那么可以考慮是不是應變速率太小以致于小于極限應變速率引起的。
DEFORM會自動地使這個值保持為0.1%-1%平均應變速率。如果這個比例太低，求解可能會不易收斂，如果太大，解的精度又會下降。
位錯滑移是一種普遍的變形機制，其控制著金屬的強度。 來自德國馬普研究所和四川大學的范海東&四川大學的王清遠等研究者，通過離散位錯動力學和分子動力學模擬，研究了銅鋁單晶強度的應變速率和位錯密度的依賴性。相關論文以題為“Strain rate dependency of dislocation plasticity”發表在Nature Communications上。更多精彩專業視頻抖音搜索：材料科學
摘要：在通常的汽車碰撞CAE仿真分析中,需要用到應變速率從0.01～100 s-1全應變速率下甚至更高應變速率下的應力-應變曲線。當測試速率達到1 s-1甚至更高時,數據的獲得就變得困難起來。通常有兩種方法:采用方程擬合法;采用液壓原理的高速拉伸試驗機測試。結果表明，采用方程擬合的方法可以得到比測試得出的最高應變速率高出兩個數量級的曲線及特征值；對于達到峰值應力后應力變化較小的曲線,方程擬合法準確性較好
在低于極限應變速率的值下，可假定流動應力和應變率關系在0和（極限應變率）下的流動應力之間是線性的。
根據計算目的，應變率低于極限應變率的單元被視為“剛性”。
