應力材料的案例
無機應力發光材料發光特性、發光機理及應用研究進展
應力發光材料是一類在機械刺激下可實現機械能-光子轉換的傳感材料。近二十多年來，隨著人們對應力發光的深入認識以及對應力發光性能提升方法的逐步掌控，應力發光材料得到了快速發展，并在防偽加密、應力傳感、疾病監測、照明顯示、應力記錄等領域展示出巨大的應用潛力。
近日，中南大學蔡格梅教授團隊在《發光學報》（EI、Scopus、中文核心期刊）發表了題為“無機應力發光材料發光特性、發光機理及應用研究進展”的綜述文章。
該綜述總結了應力發光材料的發展與研究現狀，對應力發光機理進行了系統的梳理，分享了當下應力發光材料熱點和新穎的應用領域，討論了未來應力發光材料研究亟待解決的問題以及需要面對的挑戰，以期推動應力發光材料的快速發展。
圖1：應力發光材料的發展歷史
引言
應力發光材料在機械刺激下具有將機械能定量地轉換為光發射的特性，其中機械刺激包含粉碎、摩擦、沖擊、壓縮、拉伸、彎曲、扭曲、超聲波等。1999年，Xu課題組制備出的SrAl
2O
4: Eu
2+和ZnS: Mn
2+彈性應力發光材料在應力傳感領域展現出巨大的應用前景，并推動了該類材料的快速發展。當前，通過調控基質成分和晶體結構、改變摻雜離子及其含量、離子共混和異質結等方式，有效地提高了應力發光的強度、靈敏度、熱穩定性，降低了應力發光所需的閾值，并實現了應力發光由可見光到近紅外光的全覆蓋。隨著應力發光材料發光特性的提升，其應用從最開始簡單的應力傳感擴展到了結構探傷、防偽加密、柔性設備、生物成像、智能顯示、應力記錄等眾多領域。雖然應力發光材料的發展取得了長足的進步，但其依舊面臨著諸多困難與挑戰。
展開 耐火材料熱應力分析中的材料本構模型研究
熱應力是耐火材料破壞的主要原因之一。材料的本構關系是有限元模擬準確性的決定因素。論述了各種用于耐火材料的本構模型，比較了各自的優缺點和適用范圍，闡明了建立統一的耐火材料本構模型的困難，提出了一種利用細觀力學方法解決該問題的新思路
耐火材料熱應力分析中的材料本構模型研究.pdf
耐火材料熱應力分析中的材料本構模型研究
熱應力是耐火材料破壞的主要原因之一。材料的本構關系是有限元模擬準確性的決定因素。論述了各種用于耐火材料的本構模型，比較了各自的優缺點和適用范圍，闡明了建立統一的耐火材料本構模型的困難，提出了一種利用細觀力學方法解決該問題的新思路
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工業透明材料應力缺陷難檢測？OAS 軟件應力雙折射案例來解決
應力雙折射案例分析
簡介
應力是物體內部力的分布狀態，反映了物體材料中相鄰部分之間的相互作用力。對于透明各向同性光學元件而言，在應力作用下會表現出暫時的雙折射特性，這種特性使得光線在元件內部傳播時，會分解為兩束具有不同傳播速度和偏振態的光線。而當應力釋放后，光學元件又會恢復為各向同性狀態。在復雜光學系統中，大量應力的存在會顯著影響光學性能，將應力雙折射納入偏振光線追跡過程，對于準確模擬其對圖像形成、條紋可見性以及其他關鍵光學度量的影響具有重要意義。
實驗設置與操作
光源設置
本案例采用 OAS 光學軟件進行模擬分析，光源設定為線偏左旋 45° 的平行光源，該光源特性為后續的偏振態分析提供了明確的初始條件。
模型構建
在光學系統構建方面，著重在面 1 與面 2 之間賦予應力雙折射材料，通過精確設定材料的應力參數與雙折射屬性，構建出能夠反映實際應力雙折射效應的光學模型。該模型的建立基于對材料物理特性的深入研究，確保了模擬結果的真實性與可靠性。
光線追跡與數據獲取
針對設定的光學系統進行光線傳播路徑的計算。光線從線偏左旋 45° 的平行光源出發，進入含有應力雙折射材料的區域后，受應力雙折射效應影響，其偏振態與傳播特性發生改變。軟件通過精確的算法對光線在各個光學表面的反射、折射以及偏振態轉換進行計算，完整記錄光線在整個光學系統中的傳播軌跡與偏振態變化數據，為后續的分析提供詳實的數據基礎。
展開 
塑膠材料的應力- 應變曲線 Stress-strain curve of resin material
■劉文斌/型創科技 技術總監
噴泉流動(FountainFlow)
塑膠材料和金屬材料最大的性質差異，可以由材料的應變( 變形量值) 和材料模數(modulus- 楊氏模數，彈性模數) 之間的變化關系來區別。塑膠材料的應力- 應變參數的變化性質是在產品設計上重要的參考依據。
圖1: 金屬材料的應力- 應變曲線圖
圖1。顯示為金屬材料典型的應力- 應變曲線圖，在此曲線上包含著一段線性比例關系的區域，此區域的材料行為符合所謂的虎克定律(Hook’sLaw) 彈性行為。此彈性區域的材料模數( 楊氏模數，彈性模數) 為一常數定值；所謂模數Modulus=(stress)/(strain) 即為應力-應變曲線上的對應斜率，在此彈性區域上可以藉由簡單的應變量值與起始彈性模數的乘積，來計算出應力值，可作為產品設計上的參考依據。
圖2: 塑膠材料的應力- 應變曲線圖
另外，如上圖2。則顯示塑膠材料典型的應力- 應變曲線圖，由圖型中可知塑膠材料的彈性區域- 或線性比例區域，只存在于起始原點附近非常小的區域內，整體的應力- 應變曲線則呈現較大的圓弧形狀，而且模數( 曲線的斜率) 會隨著應變的量值變化而逐漸改變，所以塑料的材料特性是會表現應變是模數的函數，模數將會隨應變量不同而變化不同( 不是一個定值)。所以塑膠材料和金屬材料不同，塑膠材料的破壞應力值將會小于起始彈性模數與應變的乘積值。
針對塑膠材料的設計考慮上，并不能像金屬一樣直接使用彈性模數與變形量的乘積來作為破壞應力的設計，塑膠材料的使用范圍是在較大應變量區域，因為已經超出線性比例的彈性范圍外，所以在產品破壞應力設計上，需要考慮在起始比例線性彈性模數范圍外的應力- 應變關系。如下圖3。
展開 光纖應變傳感器用于測量金屬和非金屬復合材料應力應變
管道、儲罐等結構材料在遭受風載荷、地震、滑坡、泥石流等地質災害下會發生大變形或者斷裂破壞，需要借助數值有限單元法對破壞過程進行三維建模、情景還原以及溯源分析，此時要獲取準確有效的結果，金屬材料全程的真應力-真應變是最為基礎和重要的輸入數據。下面工采網小編和大家一起看看如何測量金屬和非金屬復合材料應力應變。
金屬材料測量裝置主要用于各種金屬、非金屬及復合材料進行力學性能指標的測試，精密的自動控制和數據采集系統，實現了數據采集和控制過程的全數字化調整，在拉伸試驗中，檢測材料的最大承載拉力、抗拉強度、伸長變形、延伸率等技術指標；一般在對金屬材料進行應力應變性能測量的過程中，在夾持時金屬材料受力頂部兩側不平衡，使得夾持效果不好，在測量過程中容易移動，導致測量的準確性較差。為了測量的準確性工采網推薦加拿大FISO 光纖應變傳感器 - FOS-N用于金屬和非金屬復合材料應力應變測量。
基于公認的Fabry-Perot干涉技術，FISO的光纖應變傳感器是進行高性能應變測量的好的選擇。FOS-N所基于的產品技術和配套的兼容監控系統，使用戶能在長距離且不影響讀數可靠性的前提下測量應變。它是復合材料工程研究和工業應用，如建筑物、橋梁、隧道襯砌、支承結構、船舶和電源變壓器等結構健康監控的理想產品。具備尺寸小、精度高、不受EMI/RFI干擾、耐腐蝕和耐高溫的特點。
此外FOS-N應變傳感器對任何即將使用的纖維的拉伸和處理都不敏感，若將傳感器嵌入復合材料中，則上述特點可以成為非常有利的優點。可在惡劣的化學環境下正常工作，同時它的結構堅固，使用靈活性高，能夠滿足當前高性能復合材料研究和土建結構監控的要求。
展開 工程應力應變和真實應力應變 附常用材料應力應變數據下載
如金屬塑性變形，橡膠材料大變形。通常處理方法是：實驗采集的數據轉換成工程應力應變數據①，再通過上述公式轉換成真實的應力應變曲線②，通過真實應變減去彈性應變，得到最終的塑性應變。
實驗數據處理方法：將計算好的工程應變應力分別輸入EXCEL表格中，插入計算公式：Ln（1+A2）即可計算出真實應變，代入公式：B2*(1+A2)并下拉即可得到真實應力，假定第三行為最大彈性應變，真實應變減去彈性應變得到有效塑性應變。
有效塑性應變真實應力曲線即是我們處理好的可以導入有限元軟件的材料模型數據。
下載地址：常用材料應力應變數據
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分析材料資料，如有需要可以自行下載查看，附件限額50MB，如有需要，可以單獨聯系我
1、車身底盤常用金屬材料-FEMFAT
2、FEMFAT_50_材料對照表
3、幾百種材料的應力應變拉伸曲線圖集（英文）
4、CAE分析常用的材料屬性表
5、更多
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西北工業大學《Composite Structures》:評價固化殘余應力對復合材料損傷行為影響的建模框架
圖3 基體本構方程
圖4 界面本構方程
2.3 固化過程-損傷失效一體化分析框架
通過復合材料多尺度熱-化-力耦合建模分析，得到了固化過程中的細觀殘余應力，為進一步研究細觀殘余應力對復合材料力學行為的影響，將殘余應力作為初始預定義場引入復合材料的橫向加載過程中進行損傷預測，建立了如下所示的固化過程-損傷失效一體化分析框架。
圖5 固化過程-損傷失效一體化分析框架
三、仿真結果
圖6 固化過程中復合材料中心點溫度及固化度變化
圖7 復合材料固化殘余應力分布
圖7 橫向拉伸載荷下的應力應變曲線
圖8 加載過程中的損傷形貌
小結
該研究采用多尺度方法預測了復合材料固化成型過程中的細觀殘余應力，并研究了該殘余應力對后期服役性能的影響，建立了單向CFRP復合材料的固化過程-損傷失效一體化分析框架。
預測結果與試驗結果的一致性驗證了所提出方法的有效性，與未考慮固化殘余應力影響的計算結果相比，固化殘余應力的存在改變了初始損傷位置和損傷擴展路徑，與試驗結果更加吻合。
展開 Ls-Dyna MAT24號材料卡片應力應變曲線輸入以及驗證
我又去翻了dyna圣經——幫助手冊（第二卷），找到了MAT24號材料對輸入的應力應變曲線的解釋，果然和我的思路不謀而合。I'm a genius！！！！！
【結論】
LS-DYNA MAT24號材料卡片應力應變曲線輸入應該是有效應力應變曲線，而不是真實應力應變曲線，當在在幫助文檔沒有做特殊說明的情況下，推薦大家輸入有效應力應變曲線。
我是風流倜儻、英俊瀟灑、才華橫溢的潤秋，請大家關注我，共同交流，一同進步。
碳纖維復合材料的應力-應變關系
從宏觀力學角度，一般將復合材料看做均勻的各向異性彈性體。在小變形線彈性條件下，各向異性彈性體和各向同性彈性體的力平衡微分方程和幾何關系的表達形式是相同的，本質的區別在于物理關系，即應力（力除以垂直于力的截面積）-應變（變化長度除以原長）關系不同。各向異性的特性決定了其力學關系對各向同性復雜的多，各向同性實際上是各向異性體的一個特例。
對于一個平面來講，有三個應力分量，即平行于X 軸的應力、平行于Y軸的應力和剪切應力，所以對于一般的三維異性體，即有三個平面，所以有9個應力分量，同理對應9個應變分量。應力和應變的關系并不是彈簧那么簡單，對于彈簧體，在一維方向上，其應力就等于應變乘以彈性系數，而對于一個三維體來講，其方向上的應力不僅和彈性系數有關，而且受到其它方向上的約束，例如對于一個平面體，在X軸向拉伸，所以平面體X 方向伸長，同時在Y方向縮短，其縮短必然引起Y軸向上的應力，所以其三維體的應力應變更加復雜。一般各向異性材料包含81個彈性常數，但是由于應力應變分量具有對稱性，所以一般各向異形材料彈性常數為36個，有21個獨立變量。
事實上，由于材料往往具有不同程度的彈性對稱性，所以各向異性材料分為幾種。一種就是單對稱材料，單對稱材料是指有一個彈性堆成綿的各向異性材料。如圖4.2-1所示，如取xoy坐標面與彈性對稱面平行，取A與A為相互對稱點，則它們的彈性性能相同。即將z軸轉到z’軸時，應力應變關系不變。如果材料存在對稱面，則彈性常數將會減少，例如z=0平面為對稱面，則所有與Z軸或3正方向有關的常數，必須與Z軸負方向有關的常數相同，剪應變分量εyz和εxz僅與剪應力分量εyz和εxz有關，則彈性常數可變為13個，因此單對稱材料的應力應變關系可以簡化。
展開 材料的名義應力、應變與真實應力、應變轉換公式的推導
名義應力、應變也叫工程(Engineering)應力、應變。
CAE軟件需要采用基于變形后的應力、應變，即真實的應力、應變。
其中
為試件當前截面面積，
為試件當前長度。
軍用戰斗機中碳纖維復合材料的應用及材料選擇標準（一）：應力標準
另一方面，使用復合材料不是戰斗機的特權，復合材料在商用飛機上的首次重大應用是空客公司1983年在A300和A310的方向舵上的應用，然后是1985年在垂直尾翼上的應用。
圖1 歐洲臺風戰斗機中的主要材料
由于復合材料具有較高的比剛度和強度，因此在運輸應用中受到廣泛關注，而由于重量較輕，燃料消耗和排放量都可以減少。據悉，一架客機每增加一公斤，每年需要增加130升燃料。可以預計，碳纖維復合材料的使用范圍將達到幾乎所有的區域和約40%的結構重量將由碳纖維復合材料制成。在新型戰斗機的開發中，不斷提高性能的需求要求在載重結構上大幅度減輕重量。除了設計技術的改進（例如集成設計、優化），碳纖維復合材料以及更高效的施工方法具有顯著的減重潛力。
在本系列文章中將會介紹戰斗機用碳纖維復合材料的選擇標準，以便在重量、強度和成本方面選擇最合適的材料來滿足要求，本文首先介紹了飛機結構的應力標準。
Part 1:飛機結構的應力標準
碳纖維復合材料廣泛應用于許多現代戰斗機，如洛克希德·馬丁F-35閃電戰斗機、歐洲戰斗機、拉斐爾和薩博鷹獅。碳纖維材料是飛機承重結構中應用最廣泛的材料之一，例如：機翼蒙皮、襟副翼、垂直穩定器、 機身和尾翼等。
歐洲臺風戰斗機，約40%的結構重量是碳纖維增強復合材料（上圖1）。重量節省可以增加有效載荷范圍，提供在恒定性能水平下縮小子系統尺寸的機會，或者可提供更好的燃料效率。
再比如，美國第五代戰斗機F/A-22，作為全球最先進的飛機，它在機身、機翼和尾翼的最重要部分使用了碳纖維復合材料。事實上，這款軍機中的鈦合金占該總重量的40%，復合材料占34%。
此外，復合材料的結構強度和耐久性促使了其他飛機部件的開發。如今的隱形飛機是由碳纖維增強聚合物制成的，因為碳纖維具有優越的性能，有助于減少熱輻射和雷達反射。
展開 從工程應力應變曲線到仿真材料卡片：一位CAE工程師的實戰筆記
材料卡片是仿真分析的"基因"，決定了有限元計算結果的精度上限。
在碰撞仿真、NVH分析、產品可靠性評估等場景中，材料參數設置的準確性直接影響仿真的可信度。然而，實驗室提供的原始材料曲線與仿真軟件所需的有效應力應變曲線之間，存在一道需要跨越的轉化鴻溝。本文基于實戰經驗，系統梳理從材料曲線獲取到仿真材料卡片生成的完整流程，供從事CAE工作的工程師參考。
一、工程應力應變曲線
1.1 材料的關鍵參數
開展有限元分析前，必須明確材料的幾項基礎參數，這些參數構成了材料卡片的骨架。
彈性模量（楊氏模量）是工程應力應變曲線屈服段的斜率，即應力與應變的比值。金屬材料通常為210000 MPa或20600 MPa，塑料材料約為2350 MPa。這一參數直接決定了結構在彈性階段的剛度表現。
圖1 帶引伸計拉伸測試
泊松比是材料在單向受拉或受壓時，橫向正應變與軸向正應變的比值，用于反映材料的橫向變形特性。金屬材料泊松比通常取0.34，塑料材料約為0.39。密度是質量與體積的比值，在碰撞仿真和NVH分析中尤為重要——不同單位制模型中，密度參數容易出現數量級錯誤，導致分析結果嚴重失真。
屈服強度是材料從彈性變形進入塑性變形的臨界點。拉伸過程中，材料在屈服點之前僅產生彈性變形；過了屈服點則進入塑性階段，產生永久不可恢復的變形。塑料材料由于韌性較差，拉伸試驗中基本沒有明顯的屈服階段，工程設計中常以產生0.2%殘余應變時的應力作為條件屈服極限。
抗拉強度是材料應力值的極限點，超過此值材料即被判定破壞失效。斷裂延伸率則是抗拉強度所對應的應變值，塑性應變值超過斷裂延伸率時，材料同樣被視為失效。
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