ansys壓痕實驗
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-03-08
ansys壓痕實驗的實例教程
本例是模擬一個壓頭擠壓工件，在工件表面生成壓痕的問題。
壓頭為圓錐體，頭部是一個半徑 0.25 的近似半球，高 10，大端半徑 2.5.其材料是合金鋼，材料性能：
彈性模量 E = 210000 Mpa； 泊松比 μ = 0.3。
工件為一個半徑 5，高度 20 的圓柱體，材料為鋁合金，材料性能為：
彈性模量 E = 71000 Mpa； 泊松比 μ = 0.33。
屈服應力 σs = 240 Mpa； 切線模量： Et = 710 MPa
建模時，在壓頭的圓錐頭外表面與工件上表面之間創建面-面接觸對，分別采用柔性目標面和剛性目標面兩種接觸方式進行分析。
建模過程如下：
1 定義單元類型：
定義兩種單元類型：
(1) SOLID185 單元，用于對體積劃分網格；
(2) Mesh200 單元，設置單元形狀為 4 節點四邊形：
對圓錐體劃分網格時，準備先對一個截面劃分面網格，然后掃描為體網格，為此需要定義 Mesh200 定義，用于面網格的劃分。
形狀 MESH200 單元形狀為 4 節點四邊形，是為了與 8 節點實體單元SOLID185 的表面網格相匹配。
2 定義兩種材料，其中鋁合金定義為雙線性彈塑性材料：
其中：
材料 1 為合金鋼：
彈性模量 E = 210000 MPa， 泊松比 ν = 0.3；
材料 2 為鋁合金。
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使用工具：Ansys Fluent
最終成果
圖3. 模型與實驗對標；(a) 電池溫度對標；(b) 反應與質量對比
機理：LFP電池泄壓降溫是：定容過程下的過熱電解液在定壓狀態下發生了沸騰與蒸發導致；
模型：提出了電池內壓-溫度實驗關聯式以及電解液沸騰蒸發吸熱方程。
論文結果表明，這一模型能夠較好復現實驗載荷—位移曲線以及壓痕致密化分布，不過需要明確指出的是，當前模型暫時還沒有考慮剪切硬化，因此更適合用于理解“壓痕致密化”這一核心機制，而不是直接覆蓋所有復雜失效問題。作為一份用于科研復現和二次開發的代碼，我覺得它很有參考價值。
其測試邏輯可概括為兩步：
第一步，通過標準化的落錘沖擊或準靜態壓痕方法，在復合材料層合板試樣上引入可控、可重復的損傷，模擬實際使用中可能遇到的沖擊場景；
第二步，將已產生損傷的試樣固定在專用支撐夾具中，進行壓縮試驗直至失效，最終測定其壓縮殘余強度，以此判斷材料在受損后的結構可靠性。
經典理論：應力集中系數恒為3，與孔徑無關實驗觀測：孔徑越小，應變集中系數越小
實驗觀測與新理論預測的應變集中因子（倒數）
新理論預測：與DIC（數字圖像相關）實驗測量吻合
應變分布隨孔徑減小逐漸趨向于平緩
案例3：微壓痕的"軟化"現象
反常現象：壓痕越深，反算出的彈性模量越小機制解釋：壓痕下方剪切應變的拉普拉斯為負
例如，在涂布過程中，使用Ansys Fluent流體仿真軟件進行精確的多相仿真，可以在準備物理原型之前對涂布機的許多條件和幾何結構進行虛擬測試。
涂布完成后，電池需要經過一個被稱為壓延（如上圖所示）的壓實過程，這對鋰離子電池的孔隙結構和性能有顯著影響。
曾任職于 KEMA高壓測試實驗室（世界上最大的電力測試公司），擔任Holec（現為Eaton的一部分）的開發專家。之后作為德國ABB中壓業務部的首席開發工程師和項目經理領導多項核心項目開發和帶領國際專家團隊開展技術攻關。 2018年任西安交通大學兼職教授。尚文凱博士畢業于西安交通大學，獲學士、碩士及博士學位，在高壓絕緣領域具備扎實的理論功底與豐富的實踐經驗。
依照實際實驗結果，設定角度范圍與剩余強度之間關系(如下圖)。完成應力求解器、輸出網格擋與功能選項設定后，即可匯出檔案。
注：
? 選擇任意功能選項(包含未勾選任何項目)，都將會輸出含有材料性質的模型網格。
? 若該分析組別不包含部分功能時，則將顯示為紅字。例如本次僅執行充填分析，因此以紅字標示沒有保壓與冷卻分析結果。
曾任職于 KEMA高壓測試實驗室（世界上最大的電力測試公司），擔任Holec（現為Eaton的一部分）的開發專家。之后作為德國ABB中壓業務部的首席開發工程師和項目經理領導多項核心項目開發和帶領國際專家團隊開展技術攻關。2018年任西安交通大學兼職教授。尚文凱博士畢業于西安交通大學，獲學士、碩士及博士學位，在高壓絕緣領域具備扎實的理論功底與豐富的實踐經驗。
依照實際實驗結果，設定角度范圍與剩余強度之間關系(如下圖)。完成應力求解器、輸出網格擋與功能選項設定后，即可匯出檔案。
注：
? 選擇任意功能選項(包含未勾選任何項目)，都將會輸出含有材料性質的模型網格。
? 若該分析組別不包含部分功能時，則將顯示為紅字。例如本次僅執行充填分析，因此以紅字標示沒有保壓與冷卻分析結果。
曾任職于 KEMA高壓測試實驗室（世界上最大的電力測試公司），擔任Holec（現為Eaton的一部分）的開發專家。之后作為德國ABB中壓業務部的首席開發工程師和項目經理領導多項核心項目開發和帶領國際專家團隊開展技術攻關。2018年任西安交通大學兼職教授。尚文凱博士畢業于西安交通大學，獲學士、碩士及博士學位，在高壓絕緣領域具備扎實的理論功底與豐富的實踐經驗。
