低密度泡沫材料模型的案例
基于UMAT的低密度泡沫本構實現
低密度泡沫變形特點
我們都知道，低密度泡沫材料大都是多孔介質，這類材料在壓縮時的變形很有意思。看下面這個圖：
從圖里很容易就能看出，隨著載荷的增加，初始階段變形線性增加，隨后載荷-變形曲線趨于平緩，也就是說變形大了，力沒上去。最絕的是，到后面，力又陡然升上去了。
這個現象主要因為，加載前期材料為彈性，隨著變形的增加，此時泡沫的氣孔開始被壓垮，進入屈服，簡單理解這個時候就是在壓空氣，因此力增加幅度不大。到后期，氣孔壓完了，泡沫被壓實了，此時泡沫的密度變的很大，相當于硬化了，很小的位移都需要很大的力加載。
現象很有意思，但是如何用建立對應的本構就不容易了。目前主流的方法是，基于現有泡沫本構關系框架，通過試驗確定里面的各項參數。而這個本構關系框架，也是大量的研究和試驗擬合出來的。
LS-DYNA針對低密度泡沫使用的方法很有意思，類似于一種疊加法，把兩種本構疊加起來實現上面描述的效果。
本文就介紹下LS-DYNA的低密度泡沫理論，并且通過ABAQUS UMAT實現。
2. 本構理論
LS-DYNA是如何實現的呢？看下面的圖就明白了。給出兩種本構關系疊加：
(1) 隨著變形的增加，載荷先增加后趨于平緩；
(2) 隨著變形的增加，載荷一直增加，但是前期增加幅度小，后面載荷的增速不斷變大；
(3) 上面兩種合在一起就是低密度泡沫的變形特點。
第一種本構描述如下：
第二種本構描述如下：
3. 算例
在UMAT中完成上述本構的編寫。
3.1 模型
考慮立方體的壓縮，如下圖。
展開 低密度聚丙烯材料在商用車輕量化應用開發
引言
在汽車輕量化和節能的壓力下，各OEM紛紛采用碳纖維復合材料、輕質鋁合金、高強度鋼、薄壁化設計等措施進行減重。雖然這些技術可以實現大幅度的減重，但這些措施輕則更改模具，重則更改生產工藝，投入成本太高、驗證周期長、風險較高，在國內OEM推廣存在困難。
目前中低端汽車門板內飾板、側圍飾板、立柱飾板材料大多采用PP類材料，全車內飾用量約50kg。開發低密度的PP類材料可以無需更改模具和注塑設備，調整注塑工藝即可得到尺寸和性能滿足要求的零件，實現輕量化。集團種子基金支持主要用于PP、POE、添加劑和填料等材料購買、加工費和測試費。
1 材料開發
1.1 材料開發思路
目前中低端汽車門板內飾板、側圍飾板、立柱飾板、座椅飾板、副儀表板材料大多采PP+EPDM-T20，整車內飾用量約50kg。PP+EPDM-T20是以PP(聚丙烯)為基材添加約10%的EPDM（三元乙丙橡膠）作為增韌相，添加20%的滑石粉改善材料的強度、剛度和尺寸穩定性。PP密度0.92g/cm3，EPDM密度0.87 g/cm3，滑石粉密度2.7-2.8g/cm3。在保持材料性質不變同時降低滑石粉的使用量可以降低材料的密度，實現輕量化。
1.2 材料開發原理
主體基材聚丙烯是主鏈為亞甲基和次甲基交替、側鏈為甲基的線性聚合物，其分子極性小，易結晶，低密度和化學惰性等性能。純的聚丙烯由于存在機械強度較低、耐熱性差、收縮變形大等缺陷，不能滿足車內飾塑料件要求（見表1）。隨著結晶度的提高，PP材料的拉伸強度、彎曲模量、硬度都有明顯提高。
展開 Mater.綜述：面向低功耗和高密度數據存儲器應用的相變超晶格材料：微觀圖像
當下迫切需要具有快速度、高密度和低功耗的非易失性電子存儲器件來應對這些問題。相變存儲技術作為最早進入產業化應用之一的高速非易失性存儲技術備受全球半導體業界關注，然而目前還面臨著功耗高等難題，這對高密度存儲集成電路進一步開發帶來障礙。
【成果簡介】
近日，來自吉林大學的李賢斌副教授、陳念科博士和清華大學孫洪波教授聯合在Advanced Functional Materials上發表綜述文章，題為：Phase‐Change Superlattice Materials toward Low Power Consumption and High Density Data Storage: Microscopic Picture, Working Principles, and Optimization。本文首先總結了相變存儲材料在信息技術中的廣泛應用，特別介紹近幾年相變存儲材料領域的研究熱點—GeTe/Sb2Te3超晶格材料在超低功耗數據存儲中的重要前景。然后，討論了相變超晶格在微觀原子結構和工作原理探究方面的主要進展，并對目前提出的主流工作機制進行點評和分析：開發超晶格相變存儲器的日本產綜研最早提出Ge層整體翻轉的工作機制，然而該機制面臨原子跳變勢壘大、原子模型難以被電鏡實驗觀察等困難，在此上介紹了業界最近提出的另外幾種重要機制，包括微區部分融化（部分非晶化）機制、堆疊層錯輔助金屬絕緣體相變機制、應變輔助相變機制等。文章進一步討論了超晶格材料制備方法、材料組分和元素摻雜對器件性能的影響，并據此提出提升器件性能的超晶格材料優化策略。最后，展望了超晶格相變存儲材料的新型應用。
展開 comsol三維多孔結構 泡沫材料 孔隙介質模型
孔隙結構
在comsol內生成球體或立方體結構的多孔材料結構：
comsol泡沫結構，泡沫球體顆粒占比80%：
建模方法
采用陣列式隨機分布，生成符合規定比例的隨機孔洞。模型采用CAD隨機孔隙3D插件生成，然后將多孔結構3D模型導入到comsol軟件內。
插件鏈接
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1890691
ABAQUS基于隨機Voronoi骨架的三維多孔材料泡沫鋁骨小梁模型
基于Voronoi圖的方法通過調整生成點的位置和密度，控制多孔結構的孔隙大小和分布，可用于模擬自然界中的多孔介質，如泡沫金屬、骨小梁等。本案例介紹在ABAQUS內建立三維多孔材料。
首先采用CAD Voronoi 3D插件建立圓柱體試件晶粒模型。
刪掉晶界后，將晶粒進行平滑處理。
新建一個圓柱體，并利用差集建立多孔結構幾何模型。將模型導出為iges格式文件。
在ABAQUS內將模型以部件的形式導入。
可對模型設置材料。
設置載荷及邊界條件。
劃分網格。
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