abaqus界面行為的案例
直接觀測鋰金屬電池的界面行為
【引言】
固體-液體界面在許多化學、物理和生物過程中扮演著至關重要的角色，但由于缺少可同時對固體和液體組分適用的高分辨表征手段，至今仍然阻礙著科研人員對這一界面進行全面深入的研究。例如在鋰金屬的枝狀沉積和固體-電解質界面膜（SEI）的形成是影響鋰金屬電池性能和安全的決定性因素，然而直接觀測這些界面卻存在很大的難度，致使圍繞界面行為展開的研究一直是人們爭論的熱點。
【成果簡介】
近日，康奈爾大學的Lena F. Kourkoutis（通訊作者）課題組采用冷凍電鏡技術觀察到了鋰金屬電池中界面膜和枝晶的納米級結構并以此全面深入地理解了發生在該界面的化學過程。該研究通過快速冷凍液體成分（玻璃化液體電解質），獲得了自然狀態下鋰金屬電池中的界面膜結構，之后再利用冷凍掃描透射電鏡技術（cryo-STEM）可對這些界面進行結構和化學圖譜（mapping）表征。實驗表征結果發現，在鋰金屬電池負極共存著兩種不同類型的枝狀物，其中一種擁有外延的SEI層，而另一種枝狀物則由鋰的氫化物組成，這一不同枝狀物的共存現象可能為電池容量減少的機理解釋提供有力的證據支持。該文也闡明了冷凍電鏡技術在探測功能器件界面過程的研究中具有潛在的應用價值。2018年8月15日，相關成果以題為“Cryo-STEM mapping of solid–liquid interfaces and dendrites in lithium-metal batteries”的文章在線發表在Nature上。
展開 基于MS的水油界面中油包水液滴運動行為研究
界面科學是連接物理、化學、生物和材料科學的重要交叉領域，其中液-液界面（特別是水-油界面）因其獨特的物理化學性質而成為研究熱點。在該界面體系中，乳液（如乳狀液、微乳液）的形成與穩定性是核心科學問題之一。近年來，一種特殊的結構——位于水-油界面的油包水（W/O）液滴——因其獨特的靜態與動態行為引起了廣泛關注。盡管宏觀尺度的實驗觀測和連續介質理論模型（能夠描述水油界面中油包水液滴的整體運動行為，但要深刻揭示其微觀起源和分子機制，分子動力學模擬是不可或缺的關鍵研究手段。
在Material Studio軟件中，我們可以通過構建W/O界面，并在足夠的動力學模擬來解釋其在分子層面上的運動行為。通過分子動力學的模擬，可以像“超高倍顯微鏡”一樣，實時、原位地追蹤單個分子或離子在油-水界面及油膜中的擴散、穿梭和吸附/脫附過程。同時，在模擬過程中，可以研究不同邊界條件下水油界面中油包水液滴的運動行為。
首先，采用MS中的AC模塊及Build Layer工具構建分子模型，完成水油界面及油包水結構的構建，為后續計算提供輸入文件。隨后在Dynamic模塊中進行動計核優化，實現對結構的能量最小化操作，減少建模過程中的能量不平衡及消除內應力。
在此之后，通過Dynamic的過程，實現對油水界面的動態行為模擬。可以看到，隨著模擬時間的推進，體系能量逐漸達到平衡。
觀察分子模型，可以明確的看到水球逐漸進入水層，但仍然有部分水分子在油相中。這與油水界面中油包水模型的實際情況相符。實驗觀察發現，當W/O液滴被注入或自發形成于水-油界面時，它們可以穩定地“錨定”在界面上，形成一個部分浸入水相、部分浸入油相，并被一層薄油膜與水相隔開的非對稱結構。
展開 論文速遞 | 不同剪切方向下土工格柵-土界面剪切行為的離散元研究
本文基于室內試驗結果，建立了土工格柵-土界面直剪的三維離散元數值模型，研究了剪切方向和雙向土工格柵各向異性對土工格柵-土界面抗剪強度特性的影響。重點分析了不同剪切方向下土工格柵的內力分布特征和筋-土強相互作用區域內顆粒間法向接觸力的演化。根據不同的接觸力分量將剪切方向上的剪切阻力量化為填料間摩擦阻力、土工格柵-填料間摩擦阻力和土工格柵肋條承載阻力，并基于土工格柵縱、橫肋兩個方向在相同拉應變條件下的拉伸剛度和拉伸強度，提出了雙向土工格柵正交各向異性程度評價指標，量化評估了雙向土工格柵的各向異性程度與肋條承載阻力對筋土界面抗剪強度的貢獻。
論文主要研究結論：
1. 在沿肋條方向上剪切時，雙向土工格柵縱肋與橫肋的拉伸作用和肋條承載作用區別明顯。而45°剪切方向上雙向土工格柵縱、橫肋均可發揮被動承載作用，導致筋-土界面抗剪強度高于沿縱肋（0°）或橫肋（90°）方向上的抗剪強度。
2. 剪切方向對剪切帶中填料顆粒間的法向接觸力幅值有一定影響，但對其法向接觸力主方向影響較小。剪切過程中，45°剪切方向剪切帶中的平均法向接觸力略大于其他兩個剪切方向的平均法向接觸力。
3. 界面剪切強度隨著雙向土工格柵各向異性的增加而降低，并且隨著土工格柵異性的增加，其影響變得更小。
4.對于粗粒料，雙向土工格柵的肋條承載阻力對筋-土界面抗剪強度的貢獻大于土工格柵-土摩擦阻力的貢獻。并且雙向土工格柵的各向異性對土工格柵肋條的承載阻力有重要影響，對筋-土界面摩擦阻力的影響較小。
展開 ：界面接觸力學與潤滑行為的科學詮釋 - 仿生自適應潤滑調控材料
軟質凝膠態（左）和硬質玻璃態（右）下界面接觸力學行為
通過對滑動界面原位加熱和冷卻，可以實現摩擦系數的動態可逆調控，且這種可切換的潤滑行為在寬載荷范圍內始終是有效的；特別是，研究人員發現隨著法向載荷的增大，這種典型的潤滑調控行為更加的明顯，界面最大接觸應力甚至可達~7 MPa。理論模擬結果表明這種顯著的潤滑轉變行為主要歸因于以模量動態演變為主的自適應接觸機制，可通過結合接觸態演化、非變形耗散和分子鏈機械俘獲3大機制得到很好解釋。作為這種智能材料的概念驗證，研究人員開發了智能型水凝膠子 彈進行固體穿刺測試，沖擊試驗結果表明相變硬化的水凝膠子 彈（同軟態凝膠子 彈對比）其穿透力更強，這得益于低摩擦狀態下界面較小的運動阻力。最終，研究人員通過結合界面濕黏附化學發展了一種智能潤滑貼片，并通過程序化機械手臂精確測量了這種智能貼片表面摩擦狀態的轉變信號；成功將該貼片組裝于運動模型裝備（如坦克履帶、潛水艇）表面，實現了基于界面潤滑轉變行為的運動行為智能控制。
圖2. MALH智能潤滑材料的仿生學設計過程
圖3. MALH智能潤滑材料的制備過程和界面潤滑調控機制
圖4. MALH智能潤滑材料力學的熱致調控
圖5. MALH智能潤滑材料的響應性潤滑調控行為
圖6. MALH智能子 彈的穿刺行為
圖7.
展開 
abaqus粘接行為之膠粘單元
abaqus中粘接行為主要用于模擬墊圈、脫膠、復合材料分層等。在abaqus中模擬粘接行為有兩種方法，一種是基于膠粘單元(COH3D8等)的方法，另一種是基于接觸屬性的方法。
本文主要介紹基于膠粘單元且響應為牽引開裂的的仿真方法。仿真順序為：建立模型，創建材料，定義并未cell分配截面屬性（包括響應和厚度），施加約束和載荷，劃分網格，執行計算。本文默認單位mm,MPa,s,t。
1）建立幾何模型：
新建2D模型，20.002X10的part,然后將其分割為10X10,10X0.002,10X10的三部分，兩邊兩部分為基體，中間部分為膠粘單元。
2）創建材料：
創建基體材料：彈性模量為69000，泊松比為0.34,；
創建膠粘單元材料：選擇線彈性---type中選擇traction----給定彈性模量2000和兩個方向的剪切模量2000。
定義損傷萌生參數:通過mechanical下面選擇牽引分離準則的損傷判據，有六種方法，常用的為前四種，本文選取二次名義應力準則，
輸入法向和切向最大名義應力極限（21,28,0）
當應力達到判據條件時，表示損傷的萌生。
定義損傷的演化：
損傷的演化表示損傷萌生后的響應，其通過來定義，可以看出剛度的退化，d表示損傷變量，d為0時為損傷，d為1時完全損傷，
在上圖右側點擊suboption，在彈出的對話框中定義損傷演化參數。
展開 談材料力學行為研究的標配—ABAQUS UMAT
</span></p><p><span style="color: rgb(0, 0, 0);">因為有這樣的特點，所以UMAT是我們研究復合材料力學行為最常用的手段之一。比如所謂的損傷折減研究，就是在迭代過程中，根據材料的應力狀態判斷損傷的發生，然后對其剛度性能做出相應的折減。因此UMAT是嵌入在求解器迭代中使用的。</span></p><p><strong style="color: rgb(0, 0, 0);">對應的有限元求解器基本步驟</strong></p><p><br></p><p><br></p><p><br></p><p><br></p><pre class="ql-syntax" spellcheck="false">1. 組建剛度矩陣K，abaqus自己處理
2. 載荷列陣F，abaqus自己處理
3. x=K^-1*F，所有節點的位移 abaqus自己處理
4. 根據x，求每個單元的應變增量值 abaqus自己處理
5. 根據單元應變和單元剛度矩陣，求應力。
展開 ABAQUS橡膠墊圈的超彈性及應力松弛行為的仿真教程
ABAQUS 是一套功能強大的工程模擬的有限元軟件，其解決問題的范圍從相對簡單的線性分析到許多復雜的非線性問題。ABAQUS 包括一個豐富的、可模擬任意幾何形狀的單元庫。并擁有各種類型的材料模型庫，可以模擬典型工程材料的性能，其中包括金屬、橡膠、高分子材料、復合材料、鋼筋混凝土、可壓縮超彈性泡沫材料以及土壤和巖石等地質材料，作為通用的模擬工具， ABAQUS 除了能解決大量結構（應力/位移）問題，還可以模擬其他工程領域的許多問題，例如熱傳導、質量擴散、熱電耦合分析、聲學分析、巖土力學分析（流體滲透 / 應力耦合分析）及壓電介質分析。
橡膠密封墊的密封性常用表面接觸應力大小來表示，其力學行為常用超彈性本構模型來描述，同時橡膠具有黏彈性特性，在長期受壓狀態下，會出現力學松弛現象。
本篇文章展示ABAQUS軟件在仿真橡膠墊的超彈性變形行為及應力松弛現象的功能，應力釋放模型采用應力釋放實驗數據，超彈性模型為Mooney-Rivlin超彈性力學模型：
在軟件進行模型裝配，裝配后如圖1所示。先對上模具施加位移，待橡膠密封墊片獲得一定應力場后再仿真應力釋放過程，分別采用靜力隱身和粘性分析步，然后設置場變量和歷史變量輸出，分別如圖2和圖3所示。
圖1 模型裝配圖
圖2 變量輸出
圖3 歷史變量輸出
定義上下模具與橡膠密封墊，摩擦系數為0.16，定義好之后如圖4所示。定義對稱、強制位移和固定邊界條件，定義好后如圖5所示。
展開 Abaqus膠合材料的行為及設置方法
本節主要是要講膠合行為，膠合行為在abaqus里面主要有兩種方式。一個是膠合元素（單元），另外一個是膠合的接觸性質。所以在abaqus里面膠合的這個行為有有兩種方式可以模擬，一種是把它當接觸性質一樣，去判斷這個接觸性質有沒有發生破壞，另外一個是建成了一個元素，所以在我們后面的說明里面，如果是膠合元素的話，它的材料行為，我們會把它定義在material 的property 里面，因為它是一個元素，必須要有一個property 的設定。如果是接觸的話，我們把它定義成接觸，那它就只會出現在contact property 里面，然后去定義可cohesive property。
簡單介紹一下膠合行為，這個膠合行為主要是有這兩個學者在在這個1960年的時候把膠合應力應用在破壞模型里面。膠的破壞模主要把它分成adhesion failure(膠和接觸物之間的破壞)和cohesion failure(膠本身的破壞)，也就是adhesion是膠和接觸物之間的破壞，如果是cohesion failure比的話，膠本身的破壞。
所以我們用下面這張圖的話，就可以很明顯的知道什么是adhesion跟cohesion。但是在abaqus 里面我們把這兩件事情看成是同一件事情。我們就把它統一稱為洗cohesive behavior。
膠的實驗講義中列的有多種tensile test，shear test,peel test,fracture toughness test。電子廠跟膠廠主要會做的實驗大概就是peel test、tensile test、shear test。其實我們在abaqus 里面要輸入的參數就是normal tensile跟shear test,就主要就是這兩種，定義正向跟切向的行為。
展開 abaqus中塑膠材料的力學行為的設定
所以如果把這兩種不同的數據拿到abaqus里面去計算，想當然他的結果會相差很大。那因為我們通常是假設試樣的斷面積是不會改變的，但是真實的情況是在拉伸的過程中，試樣斷面積會改變，我們必須把它轉成真應力，真應變。而且我們在cae分析里面，我們的面積是由我們的網格去做決定的。所以當我們的材料在cae里面去受到拉伸的時候。它的面積是會逐步的改變。也就是說我們在abaqus里面是一個真實的應力應變的行為，我們必須給他一個真應力真應變的數據，它的結果才會是準確的結果。那我們再回到中間這張表格上面，我們可以看到，真應力是70.1mpa時候，我們把它定了一個plastic srrain=0,也就是說我們把這個點定為材料屈服的起始點。
前面這一段彈性段。從后面70.1點開始就是塑性段。要描述這種材料行為，在abaqus里面我們會采用hyperelastic 里面的marlow 來描述這個行為。通常我們都是只有拉伸曲線，那在marlow的這種形式里面，它會直接把我們的拉伸曲線的等同到壓縮曲線上面。
在這個model 里面的你可以去設置poisson ratio。我們在輸入這個hyperelastic 的時候必須給他一個test data。在這個test data里面你可以看到的是，它會特別告訴輸入的數值是norminal stress及norminal stress-strain。
在abaqus 里面，你只要看到應力的應變，大部分就是需要輸入是真應力真應變。除非你特別看到是norminal，這時候你就是要輸入工程應力跟工程應變。所以各位可以看到我們在輸入的時候工程應力是從0到66，那plastic 從70.1開始，這里的70.1其實就是我們前面提到的屈服點， 所以這個70.1是真應力。
展開 Abaqus 通過VUMAT子程序模擬復合材料的低速沖擊行為
單元的應力應變關系
[1]. 徐穎, 溫衛東與崔海坡, 復合材料層合板低速沖擊逐漸累積損傷預測方法. 材料科學與工程學報, 2006(01): 第77-81頁.
[2]. 王躍全, 童明波與朱書華, 三維復合材料層合板漸進損傷非線性分析模型. 復合材料學報, 2009(05): 第159-166頁.
最后，有相關需求，歡迎通過微信公眾號聯系我們。
微信公眾號：320科技工作室。
abaqus通過umeshmotion子程序模擬沖壓過程中模具的磨損行為
abaqus通過umeshmotion子程序模擬沖壓過程中模具的磨損行為
沖壓過程中，模具磨損是最常見的一種現象。模具磨損不僅會影響磨具的壽命，也會影響沖壓件的成型質量。因此沖壓磨具的磨損分析具有重要意義。
目前磨損分析中使用最為廣泛的理論為Archard理論。Archard模型的一般公式為
式中：dV為磨損體積，dP為接觸面的法向壓力，dL為切向相對滑移，H為模具硬度，K為磨損因子。根據式（1）可以得到模具磨損深度的計算公式
Abaqus中可以通過umeshmotion子程序進行結構的磨損分析。本文編寫了基于archard模型的umeshmotion子程序，并結合model change對沖壓過程中磨具的磨損行為進行了分析,有限元模型如下。
模擬結果如下，為了簡便，這里只模擬了三次沖壓的磨損情況。
磨損前后的輪廓對比
磨損量和沖壓次數的關系
展開 
Abaqus子程序系列：FRIC（定義接觸表面的摩擦行為）
abaqus用戶子程序fric，在接觸分析中，定義復雜的摩擦模型，或者在熱力耦合分析中，定義摩擦生熱時，潛力巨大。這里先將子程序相關的基礎知識，進行了整理。后續會更新基于子程序的相關應用案例。
1.概述：
用戶子程序FRIC對應于關鍵字*FRICTION（定義一個摩擦模型。用于將摩擦特性引入表面接觸模型中，來控制接觸表面、接觸對或連接器單元的切向接觸行為。），以及交互界面里的接觸屬性中切向行為的所有內容（除了用戶自定義外，abaqus中可以定義5種類型的摩擦行為（摩擦公式），每個公式中，主要是定義三方面的內容：摩擦因子，剪切應力，彈性滑動（可以恢復的滑動位移））。
用戶子程序FRIC：
可用于定義接觸面間的摩擦行為；
當Abaqus中提供的經典庫侖摩擦模型的擴展版本限制太嚴格，或者需要在接觸面間定義更復雜的切向應力時，可以使用；
當接觸屬性模型包含用戶子程序定義的摩擦時，當接觸點閉合時，接觸對的從屬表面上的節點或者接觸單元的積分點會調用子程序；
每個增量步里的每次迭代，接觸對中，從表面上，處于接觸閉合狀態的節點，會調用子程序。
展開 彈簧下樓梯Abaqus仿真，奇怪的自由落體行為之謎
可能大家都是小時候玩的了，今天咱們就用Abaqus來玩玩slinky下樓梯和“詭異”的自由落體，回味一下童年的樂趣。
案例1. slinky下樓梯仿真
它的軸向剛度 =0.002829095N/mm
一般的彈簧軸向剛度是多大呢？1~200N/mm !!! 相比之下，slinky幾乎沒有軸向剛度可言！
正因為這樣，slinky第一階梯走完之后，才有可能由收尾慣性段抵抗很小的軸向剛度，甩向下一階梯，并重復上一狀態。這是一個常規的動力學分析，材料屬性是普通的塑料線彈性本構，模型的重點還是在邊界條件的處理上，建模時以下兩點需要注意：
殼單元可以節省計算量，最開始我嘗試的思路是采用更簡單的beam，但是接觸處理起來不太方便，通過嘗試發現使用殼時彈簧會站的比較穩；
設置合適的邊界條件，保證走下第一個臺階時橫向位移不要超過臺階寬度，不然slinky很容易跑偏或整體滑下樓梯。
案例2. “詭異”的自由落體仿真
像上圖那樣丟過slinky的人可能會發現，它的底端，會神奇地表現出“反重力”的特點，是不是和你頭腦中的自由落體的感覺不太一樣？
為什么會這樣呢？
讓我們用Abaqus來一探究竟！
首先，要明白一個概念：初始應力狀態。一般情況下我們丟的東西初始狀態都很放松，所以都表現正常。這個slinky呢，在吊起來被釋放之前，由于重力，體內儲存了大量的應變能，也就是通常說的彈性勢能，那么，約束解除之后，應變能去哪了？
先看看力學過程，這個仿真可以分兩個過程，第一個過程是求解彈簧在重力作用下變形的靜力學過程；第二個過程是求解變形后的彈簧在重力作用下自由落體的動力學過程。
展開 Abaqus 通過VUMAT子程序模擬復合材料的低速沖擊行為
單元的應力應變關系
[1]. 徐穎, 溫衛東與崔海坡, 復合材料層合板低速沖擊逐漸累積損傷預測方法. 材料科學與工程學報, 2006(01): 第77-81頁.
[2]. 王躍全, 童明波與朱書華, 三維復合材料層合板漸進損傷非線性分析模型. 復合材料學報, 2009(05): 第159-166頁.
ABAQUS界面相生成插件 ￥36
生成COH界面相網格部件
