ansys形狀記憶合金
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-03-08
ansys形狀記憶合金的視頻教程
Workbench形狀記憶合金案例和視頻
采用workbench做記憶合金梁結(jié)構(gòu)的分析，附件包含視頻文件和案例源文件。主要介紹內(nèi)容如下： 記憶合金材料屬性 材料參數(shù)輸入介紹（發(fā)生塑性變形） 網(wǎng)格劃分 約束和載荷添加 后處理，結(jié)構(gòu)恢復(fù)原狀
￥66 15分鐘 43播放
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Abaqus材料模型-形狀記憶合金彈性本構(gòu)
一、視頻內(nèi)容介紹 二、形狀記憶合金彈性本構(gòu)理論 三、ABAQUS中形狀記憶合金彈性本構(gòu)參數(shù)標(biāo)定方法 四、形狀記憶合金仿真案例
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基于UMAT的形狀記憶合金本構(gòu)（Lagoudas模型）
優(yōu)點(diǎn)： 可適用于1D、2D和3D問(wèn)題； 包含多種本構(gòu)，可以自由切換Tanaka模型、Liang-Rogers模型和Boyd-Lagoudas模型； 可以模擬形狀記憶效應(yīng)和超彈性！ 包含預(yù)應(yīng)變！可通過(guò)定義馬氏體體積分?jǐn)?shù)來(lái)模擬預(yù)拉伸應(yīng)變； 課程資料包含：1.
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ansys形狀記憶合金的實(shí)例教程
形狀記憶合金（SMA）能夠在發(fā)生大變形后不產(chǎn)生殘余應(yīng)變（偽彈性），并且可以通過(guò)溫度變化從大變形中恢復(fù)（形狀記憶效應(yīng)）。偽彈性和形狀記憶效應(yīng)使其特別適用于航空航天、生物醫(yī)學(xué)和結(jié)構(gòu)工程等領(lǐng)域。本仿真模擬了將形狀記憶合金用作脊柱間隔器的過(guò)程。
目標(biāo)
熟悉形狀記憶合金
理解考慮熱效應(yīng)的形狀記憶合金建模流程
建模步驟
1. 在 ANSYS Workbench 中創(chuàng)建靜力結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。定義形狀記憶合金的材料屬性（表 1）。
表 1. 脊柱間隔器材料屬性
2、導(dǎo)入幾何模型。脊柱間隔器植入物的幾何形狀如圖 1 所示。由于對(duì)稱(chēng)性，僅創(chuàng)建1/4 模型。在ANSYS Mechanical 中對(duì)幾何體進(jìn)行網(wǎng)格劃分。
圖 1. 四分之一間隔器幾何模型示意圖
3、定義分析設(shè)置和邊界條件。共創(chuàng)建六個(gè)分析步。
3.1 第一步，在剛性板上施加-3.375mm 的位移以壓縮脊柱間隔器；第二步開(kāi)始時(shí)，移除位移，使間隔器可以自由變形。
3.2 從第三步開(kāi)始施加熱載荷，溫度從23.85℃ 升高到 37.85℃。在此期間，由于未發(fā)生相變，間隔器的形狀保持不變。第四步，溫度從 37.85℃ 升高到 50.85℃，由于此步中未發(fā)生主要的相變，計(jì)算再次快速收斂。第五步，溫度升高到 51.85℃，收斂速度變慢，大部分形狀恢復(fù)發(fā)生在此步中。第六步，將溫度冷卻至 37.85℃，間隔器的形狀保持不變。
圖 2. 溫度條件示意圖
4、運(yùn)行仿真。不同溫度下間隔器的變形和應(yīng)力云圖如圖3所示。
圖 3.
展開(kāi) 形狀記憶合金（SMA）能夠在發(fā)生大變形后不產(chǎn)生殘余應(yīng)變（偽彈性），并且可以通過(guò)溫度變化從大變形中恢復(fù)（形狀記憶效應(yīng)）。偽彈性和形狀記憶效應(yīng)使其特別適用于航空航天、生物醫(yī)學(xué)和結(jié)構(gòu)工程等領(lǐng)域。本仿真模擬了將形狀記憶合金用作脊柱間隔器的過(guò)程。
目標(biāo)
熟悉形狀記憶合金
理解考慮熱效應(yīng)的形狀記憶合金建模流程
建模步驟
1. 在 ANSYS Workbench 中創(chuàng)建靜力結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。定義形狀記憶合金的材料屬性（表 1）。
表 1. 脊柱間隔器材料屬性
2、導(dǎo)入幾何模型。脊柱間隔器植入物的幾何形狀如圖 1 所示。由于對(duì)稱(chēng)性，僅創(chuàng)建1/4 模型。在ANSYS Mechanical 中對(duì)幾何體進(jìn)行網(wǎng)格劃分。
圖 1. 四分之一間隔器幾何模型示意圖
3、定義分析設(shè)置和邊界條件。共創(chuàng)建六個(gè)分析步。
3.1 第一步，在剛性板上施加-3.375mm 的位移以壓縮脊柱間隔器；第二步開(kāi)始時(shí)，移除位移，使間隔器可以自由變形。
3.2 從第三步開(kāi)始施加熱載荷，溫度從23.85℃ 升高到 37.85℃。在此期間，由于未發(fā)生相變，間隔器的形狀保持不變。第四步，溫度從 37.85℃ 升高到 50.85℃，由于此步中未發(fā)生主要的相變，計(jì)算再次快速收斂。第五步，溫度升高到 51.85℃，收斂速度變慢，大部分形狀恢復(fù)發(fā)生在此步中。第六步，將溫度冷卻至 37.85℃，間隔器的形狀保持不變。
圖 2. 溫度條件示意圖
4、運(yùn)行仿真。不同溫度下間隔器的變形和應(yīng)力云圖如圖3所示。
圖 3.
展開(kāi) 研究背景
形狀記憶合金被制成薄膜、泡沫或線(xiàn)材的形式時(shí)，在小型器件(如微機(jī)電系統(tǒng)或微執(zhí)行器)中顯示出潛在的應(yīng)用前景。在熱循環(huán)過(guò)程中，通過(guò)馬氏體相變產(chǎn)生的可逆自發(fā)形狀變化被稱(chēng)為雙程形狀記憶效應(yīng)(two-way shape memory effect, TWSME)。TWSME的機(jī)理通常歸因于立方相中各向異性或內(nèi)應(yīng)力的存在。把記憶合金制作的元件在外加應(yīng)力作用下，反復(fù)加熱和冷卻。當(dāng)合金加熱，恢復(fù)到它原來(lái)的形狀時(shí)，即可輸出力而做功。通常這種合金的雙程記憶效應(yīng)，配上偏置彈簧制成各種驅(qū)動(dòng)器。TWSME的強(qiáng)度和可逆性取決于樣品的微觀結(jié)構(gòu)。目前，在傳感器中的應(yīng)用主要是在熱循環(huán)應(yīng)力作用下完成。Ti-Ni合金優(yōu)異的TWSME已經(jīng)得到了廣泛的研究，并在實(shí)際應(yīng)用中得到了廣泛的應(yīng)用。在Ni-Mn-Ga塊體單晶和多晶薄膜中也觀察到了TWSME，作為具有超細(xì)晶結(jié)構(gòu)之一的Ni-Mn-Ga小尺寸纖維，因其特殊的尺寸和微結(jié)構(gòu)特征表現(xiàn)出與塊體合金、薄帶及薄膜所不同的優(yōu)異功能或有趣的物理現(xiàn)象，引起了學(xué)術(shù)界的廣泛興趣與關(guān)注。
展開(kāi) 研究背景
形狀記憶合金被制成薄膜、泡沫或線(xiàn)材的形式時(shí)，在小型器件(如微機(jī)電系統(tǒng)或微執(zhí)行器)中顯示出潛在的應(yīng)用前景。在熱循環(huán)過(guò)程中，通過(guò)馬氏體相變產(chǎn)生的可逆自發(fā)形狀變化被稱(chēng)為雙程形狀記憶效應(yīng)(two-way shape memory effect, TWSME)。TWSME的機(jī)理通常歸因于立方相中各向異性或內(nèi)應(yīng)力的存在。把記憶合金制作的元件在外加應(yīng)力作用下，反復(fù)加熱和冷卻。當(dāng)合金加熱，恢復(fù)到它原來(lái)的形狀時(shí)，即可輸出力而做功。通常這種合金的雙程記憶效應(yīng)，配上偏置彈簧制成各種驅(qū)動(dòng)器。TWSME的強(qiáng)度和可逆性取決于樣品的微觀結(jié)構(gòu)。目前，在傳感器中的應(yīng)用主要是在熱循環(huán)應(yīng)力作用下完成。Ti-Ni合金優(yōu)異的TWSME已經(jīng)得到了廣泛的研究，并在實(shí)際應(yīng)用中得到了廣泛的應(yīng)用。在Ni-Mn-Ga塊體單晶和多晶薄膜中也觀察到了TWSME，作為具有超細(xì)晶結(jié)構(gòu)之一的Ni-Mn-Ga小尺寸纖維，因其特殊的尺寸和微結(jié)構(gòu)特征表現(xiàn)出與塊體合金、薄帶及薄膜所不同的優(yōu)異功能或有趣的物理現(xiàn)象，引起了學(xué)術(shù)界的廣泛興趣與關(guān)注。
展開(kāi) 一種可用于形狀記憶合金（SMA）的UMAT子程序 ￥29.99
1、 引言
形狀記憶合金（SMA）因具有形狀記憶效應(yīng)和超彈性等獨(dú)特力學(xué)行為，在航空航天、生物醫(yī)學(xué)、智能結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。然而，其力學(xué)響應(yīng)涉及奧氏體 - 馬氏體相變的復(fù)雜耦合，傳統(tǒng)商用有限元軟件的內(nèi)置材料模型難以精準(zhǔn)描述。
本文提出的 UMAT 子程序（用戶(hù)自定義材料子程序）可有效模擬 SMA 的力學(xué)行為，核心優(yōu)勢(shì)包括：
1) 支持自定義材料屬性，靈活適配不同類(lèi)型 SMA（如 NiTi 合金）的相變特性；
2) 基于多尺度本構(gòu)理論，可復(fù)現(xiàn) SMA 的超彈性循環(huán)、形狀記憶效應(yīng)等關(guān)鍵行為；
3) 與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比顯示，力 - 位移曲線(xiàn)、應(yīng)變分布等結(jié)果與文獻(xiàn)數(shù)據(jù)趨勢(shì)高度吻合，驗(yàn)證了模型的可靠性。
2、 SAM理論基礎(chǔ)
SMA 的宏觀力學(xué)行為源于微觀尺度的奧氏體 - 馬氏體相變，其理論框架需融合相變熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)及多尺度耦合機(jī)制。本 UMAT 子程序主要基于以下理論基礎(chǔ)：
1. 相變熱力學(xué)
SMA 的相變過(guò)程（奧氏體→馬氏體為正向相變，反之為反向相變）由熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)力控制。當(dāng)應(yīng)力或溫度達(dá)到臨界值時(shí)，相變啟動(dòng)，伴隨自由能變化。核心變量包括：
1) 馬氏體體積分?jǐn)?shù)（tfv）：描述相變程度的關(guān)鍵狀態(tài)變量，取值范圍為 0（全奧氏體）到 1（全馬氏體）；
2) 相變臨界應(yīng)力：正向相變（σ_f）和反向相變（σ_s）的應(yīng)力閾值，隨溫度和應(yīng)變率變化；
3) 相變應(yīng)變：相變引起的非彈性應(yīng)變，與馬氏體體積分?jǐn)?shù)直接相關(guān)。
2.
展開(kāi) 
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ansys形狀記憶合金的最新內(nèi)容
Ansys | 基于熱效應(yīng)的形狀記憶合金脊柱間隔器仿真分析5小時(shí)前
形狀記憶合金（SMA）能夠在發(fā)生大變形后不產(chǎn)生殘余應(yīng)變（偽彈性），并且可以通過(guò)溫度變化從大變形中恢復(fù)（形狀記憶效應(yīng)）。偽彈性和形狀記憶效應(yīng)使其特別適用于航空航天、生物醫(yī)學(xué)和結(jié)構(gòu)工程等領(lǐng)域。本仿真模擬了將形狀記憶合金用作脊柱間隔器的過(guò)程。
目標(biāo)
熟悉形狀記憶合金
理解考慮熱效應(yīng)的形狀記憶合金建模流程
建模步驟
1. 在 ANSYS Workbench 中創(chuàng)建靜力結(jié)構(gòu)系統(tǒng)
形狀記憶合金（SMA）能夠在發(fā)生大變形后不產(chǎn)生殘余應(yīng)變（偽彈性），并且可以通過(guò)溫度變化從大變形中恢復(fù)（形狀記憶效應(yīng)）。偽彈性和形狀記憶效應(yīng)使其特別適用于航空航天、生物醫(yī)學(xué)和結(jié)構(gòu)工程等領(lǐng)域。本仿真模擬了將形狀記憶合金用作脊柱間隔器的過(guò)程。
目標(biāo)
熟悉形狀記憶合金
理解考慮熱效應(yīng)的形狀記憶合金建模流程
建模步驟
1. 在 ANSYS Workbench 中創(chuàng)建靜力結(jié)構(gòu)系統(tǒng)
一種可用于形狀記憶合金（SMA）的UMAT子程序9個(gè)月前
1、 引言
形狀記憶合金（SMA）因具有形狀記憶效應(yīng)和超彈性等獨(dú)特力學(xué)行為，在航空航天、生物醫(yī)學(xué)、智能結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。然而，其力學(xué)響應(yīng)涉及奧氏體 - 馬氏體相變的復(fù)雜耦合，傳統(tǒng)商用有限元軟件的內(nèi)置材料模型難以精準(zhǔn)描述。
本文提出的 UMAT 子程序（用戶(hù)自定義材料子程序）可有效模擬 SMA 的力學(xué)行為，核心優(yōu)勢(shì)包括：
1) 支持自定義材料屬性，靈活適配不同類(lèi)型 SMA（如 NiTi
我用comsol進(jìn)行sma彈簧仿真，固定彈簧一端邊界，另一端邊界給了一個(gè)力載荷，拉伸彈簧發(fā)生了不正確的彈簧變形，不知道問(wèn)題在哪里，老師們可否解答一二。
并且我發(fā)現(xiàn)他的形狀記憶合金只涉及奧氏體和馬氏體，并沒(méi)有對(duì)馬氏體進(jìn)行孿晶馬氏體和去孿晶馬氏體的區(qū)分，這樣的話(huà)在仿真形狀記憶效應(yīng)的時(shí)候初始狀態(tài)和結(jié)束狀態(tài)馬氏體體積分?jǐn)?shù)為0，但是其實(shí)并不是這樣，請(qǐng)問(wèn)會(huì)不會(huì)有問(wèn)題。
sma_spring_bili_q.mph
該示例問(wèn)題提出了兩種形狀記憶合金（SMA）模擬：脊柱間隔植入物和彈簧致動(dòng)器。
突出顯示了以下特性和功能：
• 使用馬氏體和奧氏體（鎳鈦化合物）的SMA材料模型
• 熱載荷下的SMA行為
介紹
形狀記憶合金（SMA）是一種材料，在經(jīng)受機(jī)械加載/卸載循環(huán)之后，能夠經(jīng)受大變形而不顯示殘余應(yīng)變（偽彈性），或者能夠通過(guò)溫度變化從大變形中恢復(fù)（形狀記憶效應(yīng)
NiTi形狀記憶合金（SMAs）具有優(yōu)異的超彈性、形狀記憶效應(yīng)和良好的生物相容性等獨(dú)特性能，廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療和手術(shù)器械。大量研究證實(shí)，其基體析出相的類(lèi)型和晶粒尺寸是控制應(yīng)力誘導(dǎo)馬氏體相變的兩個(gè)重要因素，直接對(duì)NiTi SMAs中位錯(cuò)的形成和運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響。目前，研究者已經(jīng)通過(guò)細(xì)化B2相的晶粒到納米尺度來(lái)強(qiáng)化基體，抑制應(yīng)力誘導(dǎo)馬氏體相變過(guò)程中的塑性變形，促進(jìn)相變的發(fā)生。Ni4Ti3納米沉淀相作
近等原子的NiTi形狀記憶合金在B2結(jié)構(gòu)的奧氏體(A)和B19'馬氏體(M)之間發(fā)生熱彈性轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生形狀記憶和超彈性效應(yīng)，這種特性在實(shí)際應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用。除了獨(dú)特的功能特性外，NiTi合金的塑性變形機(jī)制引起了越來(lái)越多的關(guān)注，因?yàn)榘殡S馬氏體轉(zhuǎn)變(MT)的塑性變形是NiTi合金功能退化的主要原因之一。因此，了解這些塑性活動(dòng)的機(jī)理是提高NiTi合金功能穩(wěn)定性的關(guān)鍵步驟。 NiTi中伴隨MT的塑性變形起
形狀記憶合金(SMAs)對(duì)熱機(jī)械刺激具有特征變形響應(yīng)，熱機(jī)械刺激源于高溫、位移、固體到固體轉(zhuǎn)變等(高溫高階相稱(chēng)為奧氏體，低溫低階相稱(chēng)為馬氏體)。重復(fù)的循環(huán)相變導(dǎo)致位錯(cuò)逐漸增多，因此未轉(zhuǎn)化的區(qū)域會(huì)降低SMA的功能性(稱(chēng)為功能疲勞)并產(chǎn)生微裂紋，在數(shù)量足夠多后最終導(dǎo)致物理失效。顯然，要了解這些合金的疲勞壽命行為、解決昂貴的部件報(bào)廢問(wèn)題以及縮減材料開(kāi)發(fā)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，均會(huì)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)壓力。 熱機(jī)械疲勞
超磁性形狀記憶合金是執(zhí)行器和傳感器的潛在候選材料。特別是Ni-(Co)-Mn-In合金具有大約3%的輸出應(yīng)變和超過(guò)100MPa的輸出應(yīng)力，伴隨著巨大的磁熱效應(yīng)等。這些優(yōu)異的綜合性能在磁驅(qū)動(dòng)和磁制冷等實(shí)際應(yīng)用中具有重要意義。根據(jù)化學(xué)成分的不同，已證明三元合金中的馬氏體相分為兩大類(lèi)，即調(diào)質(zhì)和非調(diào)質(zhì)(NM)，調(diào)質(zhì)馬氏體主要包括斜方四層(4O)、單斜五層(5M)、單斜六層(6M)和單斜七層(7M)結(jié)構(gòu)。磁
