abaqus金屬密度的案例
加州大學&加州州立大學Angew ：有機金屬框架中，同桿螺旋填料提高金屬位點的最高的密度方法
作者早前關注多成分系統的合成，本文關注一元金屬和一元配體，著重研究金屬-配位物的電荷比和官能團的比例。文中制備了棒包Li的有機框架結構，采用苯酚和羧酸酯官能團的連接劑。這種結構模仿MOF-74，揭示獲得高密度客體金屬位點的結構材料的可能性。文中體現了設計原則的另一個極限，這與作者開發的孔隙空間分區的方法形成鮮明對比，該方法具有由客體結合金屬位點，全部轉換由從框架重新定位到孔中心的能力。這種控制客體結合位點的理論密度和位置的方法，使得開發一種材料成為可能，以實現針對各種應用的可調特性。
文獻鏈接：Homo-Helical Rod Packing as a Path Toward the Highest Density of Guest-Binding Metal Sites in Metal-Organic Frameworks（Angew, 2018, DOI: 10.1002/anie.201802267）。
展開 合成“金屬氮”能量密度為TNT十倍多
記者從中科院合肥物質科學研究院獲悉，該院固體物理研究所科研人員成功合成了超高含能材料聚合氮和“金屬氮”，揭示了“金屬氮”合成的極端條件范圍、轉變機制和光電特征等關鍵問題，將“金屬氮”的研究向前推進了一大步。相關結果日前發表在國際著名綜合性期刊《自然》子刊上。
全氮材料聚合物被認為是五種常規超高含能材料之一。在極端高溫高壓條件下，氮分子會發生一系列復雜的結構和性質變化，比如分子發生解離進而發生聚合作用形成聚合氮或進一步形成“金屬氮”，這兩種形態的氮材料都是典型的超高含能材料，是目前常用炸藥TNT能量密度的十倍以上，如果能作為燃料應用于載人火箭一、二級推進器，有望將目前火箭起飛重量提升數倍以上。然而，“金屬氮”并不容易獲得，需要高達百萬大氣壓(GPa)的極端高壓和幾千度的高溫條件。
科研人員以普通氮氣為原材料，引入了脈沖激光加熱技術和超快光譜探測方法，建成了集高溫高壓產生及物性測量的原位綜合實驗系統。利用綜合實驗系統，研究人員獲取了高達170GPa、8000K高溫高壓極端條件，并在此條件下原位研究了氮分子在絕緣體—半導體—金屬轉變過程中的光學吸收特性和反射特性，確定了氮分子解離的相邊界及“金屬氮”合成的極端壓力溫度條件范圍，原位光譜分析研究也進一步證實了實驗中確實合成了具有半金屬性質的聚合氮和具有完美金屬特性的“金屬氮”。
該成果不僅能夠對其他形式高能氮材料的合成提供指導，也為未來“金屬氫”的成功合成奠定了重要基礎。
文章來源：科技日報
展開 日本開發新型無負極鋰金屬電池 能量密度高/壽命長
蓋世汽車訊 鋰金屬電池（LMB）是一種新型鋰基可充電電池，由固態金屬代替鋰離子而制成，被視為最有前途的高能量密度可充電電池技術之一。然而，這種電池也存在一些局限性，如安全問題等。
（圖片來源：phys.org）
近年來，研究人員嘗試通過無負極電芯設計來克服這些障礙，以提高鋰金屬電池的能量密度和安全性。據外媒報道，在一項新研究中，日本國家工業科學技術研究所（AIST）的研究人員基于使用Li2O犧牲劑，開發出具有高能量密度和長壽命的新型無負極鋰電池。
無負極全電芯電池架構，通常基于帶有裸負極銅集流器的全鋰化正極。值得一提的是，無負極鋰電池的重量能量密度和體積能量密度，均可擴展至最大極限。與更傳統的LMB設計相比，無負極電芯架構還具有其他優勢，包括成本更低、安全性更高和使電池組裝過程更簡單等。
為了充分釋放無負極鋰金屬電池的潛力，研究人員首先要了解，如何實現鋰金屬電鍍的可逆性/穩定性。許多人通過工程設計和選擇更有利的電解質來解決這一問題，但大多以失敗告終。還有一些人嘗試使用鹽或添加劑來改善鋰金屬電鍍/剝離的可逆性。AIST的研究人員建議，使用Li2O作為犧牲劑，將其預加載至LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2表面。
研究人員表示：“實現高鋰可逆性具有挑戰性，尤其是考慮到電芯配置中有限的鋰儲存（通常為零鋰過量）。在這項研究中，我們在LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正極上引入 Li 2 O ，作為預加載犧牲劑，以提供額外的鋰源。在長期循環過程中，這可以抵消鋰在初始無負極電芯中的不可逆損耗。”
展開 馬普所&川大《Nature Commun》：金屬強度與位錯密度和應變速率的關系
在模擬中，研究了位錯密度(9個數量級以上)和應變速率(10個數量級以上)，對銅鋁單晶塑性變形行為的影響。因此，研究者提出了材料強度、位錯密度、應變率和位錯遷移率之間的解析關系，該關系與目前的模擬和已發表的實驗結果一致。結果表明：隨著位錯密度的增大，材料強度呈現先減小后增大的趨勢。因此，隨著應變速率的增加，強度呈現出一種應變速率無關的狀態，隨后是應變速率硬化狀態。所有的結果都可以用一個單一的尺度函數表示，該函數將尺度強度與位錯密度和應變率之間的耦合參數聯系了起來。這種耦合參數也控制了塑性的局部化、位錯流的波動和位錯速度的分布。
圖1 根據當前DDD/MD模擬預測的屈服應力。
圖2 當前DDD模擬預測的應力-應變曲線和平均位錯速度。
圖3 研究者模型，模擬數據和公布的實驗比較。
圖4 不同初始位錯密度和應變率下的塑性應變輪廓
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圖5 相同初始位錯密度但不同應變率下的位錯構型。更多精彩專業視頻抖音搜索：材料科學網。
圖6 DDD模擬中位錯速度分布的平方變異系數。
圖7 DDD模擬中位錯速度的概率分布。
綜上所述，研究者提供了一個在迄今為止前所未有的尺度范圍內，應變率和位錯密度依賴的集體位錯動力學的統一圖像。在相對低應變率或高位錯密度的情況下，大多數實驗室實驗都是這樣進行的，位錯的集體動力學表現為高度湍流流動過程。一旦足夠高的外加應力使位錯排列失去亞穩性，復雜的弛緩過程會導致具有尺度自由位錯速度譜的高度不規則動力學，并強烈傾向于形成非均勻應變和位錯模式。
展開 
重大《ACS AEM》：高能量密度鋰金屬電池用混合準固態電解質！
在此，為了解決聚環氧乙烷電解質的低離子電導率問題，作者首次提出了一種獨特的混合準固態電解質設計，用于高能量密度鋰金屬電池。混合設計包括硅離子凝膠與聚環氧乙烷鏈絡合以及Li6.5Mg0.05La3Zr1.6Ta0.4O12活性納米填料的分散，復合混合設計不僅產生高離子導電性，而且有效限制了鋰枝晶的生長。4V準固態鋰金屬電池由混合準固態電解質、鋰金屬負極和NCM523正極構成，其放電容量為124mAhg?1，以0.1C的電流密度在55℃的高溫下循環50周后，容量保持率為61.4%。
總之，作者報道了一種新型鋰電池準固態電解質，其采用三種材料復合混合設計。混合準固態電解質具有優良的離子導電性能，在25℃時電導率為7.42×10?4 S cm?1，35℃時電導率為1.3×10?3 S cm?1，且電子電導率低，電化學穩定窗口寬。同時，作者證明了復合混合準固態電解質對鋰枝晶的生長有顯著抑制作用，準固態Li∥LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2和Li∥LiFePO4電池采用了這種復合混合準固體電解質。這項研究表明，聚合物、無機陶瓷導體和離子凝膠的集成為探索鋰金屬電池新型電解質提供了一種選擇。（文：李澍）
圖1復合混合準固態電解質合成示意圖
圖2 電解質的表征
圖3復合混合準固態電解質的電化學性能
圖4復合混合準固態電解質的X射線光電子能譜
圖5不同電流密度和溫度下鋰/復合混合準固態電解質/鋰電池的恒流循環測試
圖6鋰/復合混合準固態電解質/NCM523電池在0.1C和55℃下的電化學性能
本文來自微信公眾號“材料科學與工程”。
展開 鉭金屬3D打印，全球第一高密度和高性能
最近河北某公司使用華曙高科SLM設備完成球形鉭金屬粉體激光熔化3D打印工藝開發。
打印出的鉭金屬樣件相對致密度高達99.3%，拉伸強度大于485 MPa，屈服強度大于420 MPa，斷后延伸率大于18 %， 綜合力學性能遠高于鉭金屬鑄造件，接近鍛造件。打印多孔樣件孔隙率可超過85%。鉭金屬屬于難熔金屬，熔點高達2996 ℃，其3D打印工藝難度大，對粉體性能、激光熔化參數、設備穩定性、鋪粉質量、打印精度等要求很高。
目前報道鉭金屬打印工件致密度低于95%，拉伸強度低于400 MPa。
鉭金屬在工業領域和醫療領域應用廣泛。研究和臨床應用表明多孔鉭金屬具有比金屬鈦和鈦合金更好的骨融合和骨傳導性能，骨組織長入良好，骨性生物固定優良。3D打印高致密度和高力學性能鉭金屬核心技術將為我國在高端骨科植入物、醫療器械和難熔金屬工業部件的發展做出積極貢獻。
（來自：3D虎）
展開 日本JEOL發布新型電子束金屬3D打印機，高功率高密度高速度
導讀：金屬增材制造市場正在進行翻天覆地的變化，新機器、新材料、新技術層出不窮。為了更好地贏得市場，各公司紛紛為金屬3D打印機配備更多的科技模塊來延長儀器的使用時間，提高生產效率。
南極熊獲悉，日本科學計量系統制造商JEOL已于2021年3月發布電子束金屬AM打印機——JAM-5200EBM。公司利用世界上性能最高的電子顯微鏡和用于半導體制造的電子束光刻技術，開發了具有更高功率、更高密度和更高速度的“電子束金屬增材制造機器”。此外，由于使用的陰極材料壽命較長且不含氦氣，從而降低了成本，可以大批量生產高質量零件。公司期望這款機器能夠在航空航天、工業動力和醫療等高質量要求的領域中使用。
△JAM-5200EBM
機器特點：
1. 陰極壽命長：陰極可持續使用超過1500小時，大大減少停機時間，并提高生產率。
△利用原始真空技術和長壽命陰極延長儀器使用時間。
2. 無需氦氣：機器不需要使用氦氣來防止粉末飛散。JEOL配備了粉末分散預防系統“e-Shield”避免散射現象。由于沒有氦氣，不僅可以低成本制造零件，而且陰極表面也不容易受到損壞，從而使電子束保持穩定，并能夠保持制造質量直到陰極壽命的盡頭。
△無氦和粉末防擴散系統
3. 自動電子束調整功能：利用電子顯微鏡和電子束光刻系統中開發的半導體制造技術使機器能夠自動調整電子束的聚焦和畸變，實現高質量和可重復性制造。
△自動電子束校正
4. 遠程監控系統：可實時遠程監控檢查制造和系統的狀態。
展開 Acta Materialia：金屬玻璃中缺陷密度和本征結構在勢能圖景中分布的關聯
近期實驗和模擬也發現單個形變單元的性質是不變量，而形變單元的密度和分布與制備歷史、弛豫程度息息相關。然而，由于非晶態材料的無序原子堆垛方式，使得關于外界環境對結構變量影響的定量化研究變得尤為困難。原子間的相互作用勢通常是原子間相對位置的函數，而整個體系的勢能會在高維構型空間形成一個復雜表面，這就是勢能圖景（potential energy landscape）。無序材料的勢能圖景具有很多的局域能量極小值，即本征結構（inherent structure），代表系統中一些亞穩態。從勢能圖景的角度來看，非晶固體中的形變單元對應著相鄰的本征結構之間的跳躍(hopping)。
【成果簡介】
近日，美國密歇根大學的范悅教授（通訊作者）和北京計算科學研究中心的管鵬飛研究員合作，就勢能圖景中本征結構的定量化這一問題，在Acta Materialia上發表了題為“Correlating defects density in metallic glasses with the distribution of inherent structures in potential energy landscape”的文章。對非晶合金模型體系進行相差五個數量級的不同冷卻處理，研究勢能圖景的結構演化。勢能圖景中的局域極小值在較低的虛擬溫度（fictive temperature）Tfic下，分布更為稀疏；局域極小值密度和虛擬溫度之間存在Arrhenuis關系。這樣就將勢能圖景中本征結構分布和非晶態固體的剪切轉變區的密度聯系起來。此外，Arrhenius關系在1.3-1.4Tg時失效：在更高溫度下，局域極小值密度達到飽和。
展開 國產高精度粉末床電子束3D打印機，賽隆金屬束斑直徑≤50μm，能量密度提高10倍
南極熊在F56展位上，看到了國內電子束金屬3D打印廠商西安賽隆金屬。他們本次帶來了國產高精度粉末床電子束3D打印設備，使用自行研制的最小束斑直徑≤50μm的高精度電子束，實現重大突破。
粉末床電子束3D打印技術是當前金屬3D打印技術的前沿熱點，它的原理是利用高能電子束，在真空保護下高速掃描加熱預置的金屬粉末，通過逐層熔化疊加，成形多孔、致密或多孔-致密復合結構的三維零件。該技術具有能量利用率高、掃描速度快、成形效率高、真空潔凈、打印后零件無需線切割等優點，特別適合高熔點、活性、脆性難加工金屬材料復雜精密構件的高質量成形，在航空航天和生物醫療等領域具有廣闊的應用前景。尤其在生物醫療人工植入件制造方面，粉末床電子束3D打印技術是國際上最早，也是當前主要獲準批量打印三類醫用植入金屬材料的3D打印技術，據報道目前已有幾十萬例采用該技術打印的鈦合金髖關節成功植入了人體。
相對于光斑≤50μm的粉末床激光3D打印設備，目前粉末床電子束3D打印設備廠商開發的電子的束斑直徑均在100μm以上，加上采用43~106μm相對較粗的粉末，打印零件表面相對粗糙，大大影響了該技術在高精密復雜零件中的廣泛應用。提高電子束的聚焦精度，降低束斑直徑一直都是粉末床電子束3D打印設備廠商突破的核心關鍵技術。
△Sailong G型高精度粉末床電子束3D打印機
近來專業從事粉末床電子束3D打印技術與裝備研發和產業化的賽隆金屬通過優化電子光學系統和高壓逆變電源，研制出了最小束斑直徑≤50μm的高精度電子束，在此基礎上成功推出了Sailong G型高精度粉末床電子束3D打印機，能量密度提高了10倍以上，具有“跳轉快、定位準、運行穩”等優點，非常適合復雜精密結構件的快速成形，大大拓展了該技術的應用。
展開 國產高精度粉末床電子束3D打印機，賽隆金屬束斑直徑≤50μm，能量密度提高10倍
南極熊在F56展位上，看到了國內電子束金屬3D打印廠商西安賽隆金屬。他們本次帶來了國產高精度粉末床電子束3D打印設備，使用自行研制的最小束斑直徑≤50μm的高精度電子束，實現重大突破。
粉末床電子束3D打印技術是當前金屬3D打印技術的前沿熱點，它的原理是利用高能電子束，在真空保護下高速掃描加熱預置的金屬粉末，通過逐層熔化疊加，成形多孔、致密或多孔-致密復合結構的三維零件。該技術具有能量利用率高、掃描速度快、成形效率高、真空潔凈、打印后零件無需線切割等優點，特別適合高熔點、活性、脆性難加工金屬材料復雜精密構件的高質量成形，在航空航天和生物醫療等領域具有廣闊的應用前景。尤其在生物醫療人工植入件制造方面，粉末床電子束3D打印技術是國際上最早，也是當前主要獲準批量打印三類醫用植入金屬材料的3D打印技術，據報道目前已有幾十萬例采用該技術打印的鈦合金髖關節成功植入了人體。
相對于光斑≤50μm的粉末床激光3D打印設備，目前粉末床電子束3D打印設備廠商開發的電子的束斑直徑均在100μm以上，加上采用43~106μm相對較粗的粉末，打印零件表面相對粗糙，大大影響了該技術在高精密復雜零件中的廣泛應用。提高電子束的聚焦精度，降低束斑直徑一直都是粉末床電子束3D打印設備廠商突破的核心關鍵技術。
△Sailong G型高精度粉末床電子束3D打印機
近來專業從事粉末床電子束3D打印技術與裝備研發和產業化的賽隆金屬通過優化電子光學系統和高壓逆變電源，研制出了最小束斑直徑≤50μm的高精度電子束，在此基礎上成功推出了Sailong G型高精度粉末床電子束3D打印機，能量密度提高了10倍以上，具有“跳轉快、定位準、運行穩”等優點，非常適合復雜精密結構件的快速成形，大大拓展了該技術的應用。
展開 利用abaqus基于位錯密度模型進行切削過程中位錯密度和晶粒尺寸仿真（VUSDFLD）
位錯密度模型基于Hongtao Ding的論文；
abaqus切削仿真VUSDFLD子程序講解（基于位錯密度模型） ￥50
abaqus切削仿真VUSDFLD子程序講解（基于位錯密度模型）
Abaqus 金屬擠壓案例
在Abaqus較早版本的官方文檔頁面，有一些比較經典的案例，在學習金屬擠壓仿真的時候別人推薦給我的，相見恨晚，貼在這里以饗讀者。
案例的input文件都是軸對稱模型，包含Abaqus/Standard和Abaqus/Explicit兩類，里面涉及到多個有趣的技術點。
部分案例截圖如下，inp文件壓縮包附于文末
metal.rar
金屬環形軋制的Abaqus分析
利用Abaqus分析的金屬環形軋制，該demo模型、網格均簡單化，導向輥的控制由于直接采用位移控制所以并非很準確。該demo的主要目的是梳理一下金屬軋制過程有限元分析的要點和過程。
其中的一些點（例如質量縮放因子、自適應網格等方法或理論均可網上查閱以作更多的了解）
后續可能會抽時間利用vuamp子程序進行導向輥的準確控制，以得到更準確的金屬軋制模擬結果。
利用Abaqus做金屬環形軋制的有限元分析，涉及的幾個點如下：
（1）利用顯示動力學分析
（2）軋輥當做解析剛體，需建立參考點表示，同時需要給定質量和轉動慣量；
（3）金屬材料屬性需要定義塑性部分；
（4）定義質量縮放因子以幫助計算；
（5）最好采用自適應網格；
（6）定義接觸時剛體為主面；
（7）金屬環形軋制時通過位移約束給定邊界條件；
（8）導向輥的邊界條件需要合理定義。
首先分別建立幾何模型，驅動輥的模型如下所示：
變形體的模型如下：
芯輥和導向輥同樣。
接著定義材料模型，變形體定義密度、彈性模量、泊松比和塑性參數，該次模型塑性參數如下：
三個解析剛體分別定義質量和轉動慣量，通過主菜單Special-Inertial定義，其中驅動輥的參數設置如下：
轉動慣量可自己計算，常見模型轉動慣量計算如下：
之后進行模型裝配，裝配好的模型如下所示：
之后定義分析步，Dynamic，Explicit，同時設置質量縮放因子，通過主菜單Other-ALE Adaptive Mesh Domain進行自適應網格的設置。
之后定義接觸，驅動輥與變形體、芯輥與變形體之間為摩擦接觸，摩擦因子為0.15，接觸屬性包括切向和法向（法向硬接觸），芯輥和變形體之間采用無摩擦接觸。
展開 abaqus聚能爆破金屬射流CEL技術 ￥1000
金屬射流和金屬爆破目前多用LS-DYNA和AUTODYN來做，經過滿世界搜索文獻查閱幫助，最后用2個月時間研究成功用ABAQUS做出了這個金屬射流聚能爆破的案例。
視頻1 射流的速度場
視頻2 標靶的等效塑性變形
視頻3 整體模型的溫度場
本案例知識點：
1、RPG-7火箭殼體為鋼材，采用Johnson-cook塑性及損傷本構，考慮溫度場
2、圓錐形藥罩為紫銅，采用Johnson-cook塑性及損傷本構，考慮溫度場
3、標靶為鋼材，采用延性損傷本構，考慮溫度場
4、模型采用CEL技術，紫銅藥罩與TNT為歐拉單元，采用VFT工具離散，其余為拉格朗日網格
核心關鍵技術：TNT的材料本構，該種材料的引爆方式、起爆點及設置，流固熱耦合的接觸屬性等。
需要注意的是，本案例采用ABAQUS 2023最新版運行，計算時間為i5，32內存，固態硬盤，運行17h+，計算結果文件>155G，采用1/4模型電腦能力強的完全可以用完整模型，標靶移動，歐拉域靜止，電腦計算能力強的可以擴大歐拉域，實現真實的物體移動狀況。
展開 