形狀記憶合金ansys
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時間：2023-03-08
形狀記憶合金ansys的視頻教程
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)標定方法 四、形狀記憶合金仿真案例
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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)恢復原狀
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基于UMAT的形狀記憶合金本構(gòu)（Lagoudas模型）
優(yōu)點： 可適用于1D、2D和3D問題； 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和超彈性！ 包含預應變！可通過定義馬氏體體積分數(shù)來模擬預拉伸應變； 課程資料包含：1.
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形狀記憶合金ansys的實例教程
形狀記憶合金（SMA）能夠在發(fā)生大變形后不產(chǎn)生殘余應變（偽彈性），并且可以通過溫度變化從大變形中恢復（形狀記憶效應）。偽彈性和形狀記憶效應使其特別適用于航空航天、生物醫(yī)學和結(jié)構(gòu)工程等領域。本仿真模擬了將形狀記憶合金用作脊柱間隔器的過程。
目標
熟悉形狀記憶合金
理解考慮熱效應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。由于對稱性，僅創(chuàng)建1/4 模型。在ANSYS Mechanical 中對幾何體進行網(wǎng)格劃分。
圖 1. 四分之一間隔器幾何模型示意圖
3、定義分析設置和邊界條件。共創(chuàng)建六個分析步。
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；第二步開始時，移除位移，使間隔器可以自由變形。
3.2 從第三步開始施加熱載荷，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、運行仿真。不同溫度下間隔器的變形和應力云圖如圖3所示。
圖 3.
展開 形狀記憶合金（SMA）能夠在發(fā)生大變形后不產(chǎn)生殘余應變（偽彈性），并且可以通過溫度變化從大變形中恢復（形狀記憶效應）。偽彈性和形狀記憶效應使其特別適用于航空航天、生物醫(yī)學和結(jié)構(gòu)工程等領域。本仿真模擬了將形狀記憶合金用作脊柱間隔器的過程。
目標
熟悉形狀記憶合金
理解考慮熱效應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。由于對稱性，僅創(chuàng)建1/4 模型。在ANSYS Mechanical 中對幾何體進行網(wǎng)格劃分。
圖 1. 四分之一間隔器幾何模型示意圖
3、定義分析設置和邊界條件。共創(chuàng)建六個分析步。
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；第二步開始時，移除位移，使間隔器可以自由變形。
3.2 從第三步開始施加熱載荷，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、運行仿真。不同溫度下間隔器的變形和應力云圖如圖3所示。
圖 3.
展開 研究背景
形狀記憶合金被制成薄膜、泡沫或線材的形式時，在小型器件(如微機電系統(tǒng)或微執(zhí)行器)中顯示出潛在的應用前景。在熱循環(huán)過程中，通過馬氏體相變產(chǎn)生的可逆自發(fā)形狀變化被稱為雙程形狀記憶效應(two-way shape memory effect, TWSME)。TWSME的機理通常歸因于立方相中各向異性或內(nèi)應力的存在。把記憶合金制作的元件在外加應力作用下，反復加熱和冷卻。當合金加熱，恢復到它原來的形狀時，即可輸出力而做功。通常這種合金的雙程記憶效應，配上偏置彈簧制成各種驅(qū)動器。TWSME的強度和可逆性取決于樣品的微觀結(jié)構(gòu)。目前，在傳感器中的應用主要是在熱循環(huán)應力作用下完成。Ti-Ni合金優(yōu)異的TWSME已經(jīng)得到了廣泛的研究，并在實際應用中得到了廣泛的應用。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，引起了學術(shù)界的廣泛興趣與關(guān)注。
展開 研究背景
形狀記憶合金被制成薄膜、泡沫或線材的形式時，在小型器件(如微機電系統(tǒng)或微執(zhí)行器)中顯示出潛在的應用前景。在熱循環(huán)過程中，通過馬氏體相變產(chǎn)生的可逆自發(fā)形狀變化被稱為雙程形狀記憶效應(two-way shape memory effect, TWSME)。TWSME的機理通常歸因于立方相中各向異性或內(nèi)應力的存在。把記憶合金制作的元件在外加應力作用下，反復加熱和冷卻。當合金加熱，恢復到它原來的形狀時，即可輸出力而做功。通常這種合金的雙程記憶效應，配上偏置彈簧制成各種驅(qū)動器。TWSME的強度和可逆性取決于樣品的微觀結(jié)構(gòu)。目前，在傳感器中的應用主要是在熱循環(huán)應力作用下完成。Ti-Ni合金優(yōu)異的TWSME已經(jīng)得到了廣泛的研究，并在實際應用中得到了廣泛的應用。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，引起了學術(shù)界的廣泛興趣與關(guān)注。
展開 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和超彈性等獨特力學行為，在航空航天、生物醫(yī)學、智能結(jié)構(gòu)等領域應用廣泛。然而，其力學響應涉及奧氏體 - 馬氏體相變的復雜耦合，傳統(tǒng)商用有限元軟件的內(nèi)置材料模型難以精準描述。
本文提出的 UMAT 子程序（用戶自定義材料子程序）可有效模擬 SMA 的力學行為，核心優(yōu)勢包括：
1) 支持自定義材料屬性，靈活適配不同類型 SMA（如 NiTi 合金）的相變特性；
2) 基于多尺度本構(gòu)理論，可復現(xiàn) SMA 的超彈性循環(huán)、形狀記憶效應等關(guān)鍵行為；
3) 與實驗數(shù)據(jù)對比顯示，力 - 位移曲線、應變分布等結(jié)果與文獻數(shù)據(jù)趨勢高度吻合，驗證了模型的可靠性。
2、 SAM理論基礎
SMA 的宏觀力學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、動力學及多尺度耦合機制。本 UMAT 子程序主要基于以下理論基礎：
1. 相變熱力學
SMA 的相變過程（奧氏體→馬氏體為正向相變，反之為反向相變）由熱力學驅(qū)動力控制。當應力或溫度達到臨界值時，相變啟動，伴隨自由能變化。核心變量包括：
1) 馬氏體體積分數(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) 相變臨界應力：正向相變（σ_f）和反向相變（σ_s）的應力閾值，隨溫度和應變率變化；
3) 相變應變：相變引起的非彈性應變，與馬氏體體積分數(shù)直接相關(guān)。
2.
展開 
形狀記憶合金ansys的相關(guān)專題、標簽、搜索
形狀記憶合金ansys的最新內(nèi)容
形狀記憶合金（SMA）能夠在發(fā)生大變形后不產(chǎn)生殘余應變（偽彈性），并且可以通過溫度變化從大變形中恢復（形狀記憶效應）。偽彈性和形狀記憶效應使其特別適用于航空航天、生物醫(yī)學和結(jié)構(gòu)工程等領域。本仿真模擬了將形狀記憶合金用作脊柱間隔器的過程。
目標
熟悉形狀記憶合金
理解考慮熱效應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)生殘余應變（偽彈性），并且可以通過溫度變化從大變形中恢復（形狀記憶效應）。偽彈性和形狀記憶效應使其特別適用于航空航天、生物醫(yī)學和結(jié)構(gòu)工程等領域。本仿真模擬了將形狀記憶合金用作脊柱間隔器的過程。
目標
熟悉形狀記憶合金
理解考慮熱效應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)
1、 引言
形狀記憶合金（SMA）因具有形狀記憶效應和超彈性等獨特力學行為，在航空航天、生物醫(yī)學、智能結(jié)構(gòu)等領域應用廣泛。然而，其力學響應涉及奧氏體 - 馬氏體相變的復雜耦合，傳統(tǒng)商用有限元軟件的內(nèi)置材料模型難以精準描述。
本文提出的 UMAT 子程序（用戶自定義材料子程序）可有效模擬 SMA 的力學行為，核心優(yōu)勢包括：
1) 支持自定義材料屬性，靈活適配不同類型 SMA（如 NiTi
我用comsol進行sma彈簧仿真，固定彈簧一端邊界，另一端邊界給了一個力載荷，拉伸彈簧發(fā)生了不正確的彈簧變形，不知道問題在哪里，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，并沒有對馬氏體進行孿晶馬氏體和去孿晶馬氏體的區(qū)分，這樣的話在仿真形狀記憶效應的時候初始狀態(tài)和結(jié)束狀態(tài)馬氏體體積分數(shù)為0，但是其實并不是這樣，請問會不會有問題。
sma_spring_bili_q.mph
該示例問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變（偽彈性），或者能夠通過溫度變化從大變形中恢復（形狀記憶效應
NiTi形狀記憶合金（SMAs）具有優(yōu)異的超彈性、形狀記憶效應和良好的生物相容性等獨特性能，廣泛應用于航空航天、醫(yī)療和手術(shù)器械。大量研究證實，其基體析出相的類型和晶粒尺寸是控制應力誘導馬氏體相變的兩個重要因素，直接對NiTi SMAs中位錯的形成和運動產(chǎn)生影響。目前，研究者已經(jīng)通過細化B2相的晶粒到納米尺度來強化基體，抑制應力誘導馬氏體相變過程中的塑性變形，促進相變的發(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，這種特性在實際應用中得到廣泛應用。除了獨特的功能特性外，NiTi合金的塑性變形機制引起了越來越多的關(guān)注，因為伴隨馬氏體轉(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，了解這些塑性活動的機理是提高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)對熱機械刺激具有特征變形響應，熱機械刺激源于高溫、位移、固體到固體轉(zhuǎn)變等(高溫高階相稱為奧氏體，低溫低階相稱為馬氏體)。重復的循環(huán)相變導致位錯逐漸增多，因此未轉(zhuǎn)化的區(qū)域會降低SMA的功能性(稱為功能疲勞)并產(chǎn)生微裂紋，在數(shù)量足夠多后最終導致物理失效。顯然，要了解這些合金的疲勞壽命行為、解決昂貴的部件報廢問題以及縮減材料開發(fā)和產(chǎn)品設計周期，均會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟壓力。 熱機械疲勞
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%的輸出應變和超過100MPa的輸出應力，伴隨著巨大的磁熱效應等。這些優(yōu)異的綜合性能在磁驅(qū)動和磁制冷等實際應用中具有重要意義。根據(jù)化學成分的不同，已證明三元合金中的馬氏體相分為兩大類，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
