微觀孔結構的案例
案例分享 | 汽車內飾件結構分析中的微觀結構考量——用 Digimat-RP 優化工作流程
在生產聚合物產品時，我們所面臨的一大挑戰是要建立起制造工藝與結構分析仿真之間的聯系。我們需要將生產工藝涉及到的產品屬性作為汽車計算機輔助工程（CAE）仿真的標準。在應用過程中，必須通過試驗來證明有限元分析（FEA）仿真的準確性。因此我們選擇 MSC 軟件的 Digimat 對纖維增強塑料（FRP）進行仿真。但是，要想獲得非常準確的有限元分析預測，就需要細致的聚合物材料模型，尤其是在無法從供應商處獲得確切的材料數據時。這正是 Digimat 在制造塑料零件方面大顯身手之處。通過案例研究，我們將展示自己的 CAE 建模團隊如何利用來自國際數據庫的標準塑料材料輸入對 FRP 汽車內飾件進行仿真：首先采用商用有限元分析解算器，然后采用 Digimat 的結構分析求解器和集成材料數據庫（見圖1）。我們確定了作用在零件（需要在Digimat 中進行檢查）上的兩種分別為 140N 的負載情況（圖 2）。我們指定了兩個場景，分別稱之為“過去”（利用可以從標準文本和數據庫中獲得的材料屬性進行有限元分析仿真）和“現在”（利用從 Digimat 及其微觀結構材料數據庫獲得的材料屬性進行有限元分析仿真）。
圖 1.纖維增強塑料零件的幾何形狀
圖 2.FRP 零件有關的兩種負載情況
圖 3 所示為采用 Durethan 制造的 FRP 零件的材料屬性，我們首先利用國際塑料數據庫的力學屬性用商業有限元分析代碼進行仿真。根據以往的有限元分析經驗，我們將這些力學屬性降低 20% 左右。圖 4 中顯示了針對選定的不同單元類型所得出的結構分析預測，其峰值位移范圍為 11 至 29 mm。將 Durethan 的材料屬性改為曲線時（即之前從標準化試塊的拉伸試驗中獲得的曲線），峰值位移變為13 mm 左右（圖 5）。
展開 【技術干貨】一文詳解影響碳纖維及其復合材料壓縮性能的結構因素（二）碳纖維的微觀結構及壓縮破壞
最后，根據理論計算和實際值之間的關系，提出碳纖維抗壓強度受限于不受支撐區域彎曲單個微晶平面所需的應力，如圖2f所示
參考碳纖維的微觀結構，亂層石墨結構包圍有大量孔隙。增加碳化時間和溫度，可將這些亂層結構轉變為高度排列和更緊密結合的石墨片層結構，同時增加了纖維模量。
然而，這些微晶和石墨片狀結構（見圖3）隨著它們的生長以及相關的無支撐孔隙或區域的長度，會成為壓縮性能的限制因素。為了解釋高模量和高強度纖維的壓縮破壞機制，有人使用了如圖3所示的皮芯模型，其中纖維的皮層區域描繪了高度定向的大晶粒并包圍針狀孔。
圖3 微觀尺度碳纖維壓縮破壞機理
由于較長孔隙的存在，在較低的應力水平下，這些較大晶粒的屈曲更容易發生在無支撐區域，導致隨著負載的增加而破壞。相比之下，芯部區域多為無序和無定形結構，由更小的孔和更小的微晶組成。這種無序區域和較小的微晶可以在破壞前抵抗更高的壓縮載荷，并有更大的能力通過裂紋擴展耗散能量。
文章來源：碳纖維及其復合材料技術
展開 ABAQUS-微觀結構模型
ABAQUS-微觀結構模型
ABAQUS-微觀結構模型.doc
任意多晶微觀結構生成，GUI操作，模型直接下載
在金屬材料、陶瓷及復合材料的微觀力學研究中，構建一個符合統計學特征的多晶代表性體積單元（RVE）往往是科研工作的第一步。
然而，傳統的建模方法往往面臨重重困難：使用商業軟件手動分割效率低下；利用專業建模軟件（如 Neper）雖然強大，但命令行操作和復雜的參數配置讓許多初學者望而卻步；而自編程序生成 Voronoi 鑲嵌模型，又難以精準控制晶粒尺寸分布和形狀統計特征。
有沒有一種工具，既能保證模型的科學性，又能像“點外賣”一樣簡單快捷？
今天，我們要向大家強烈推薦一個在線神器——Synthetmic。
【核心介紹：什么是 Synthetmic？】Synthetmic 是由赫瑞-瓦特大學（Heriot-Watt University）的 David Bourne 博士開發的一款基于 R 語言 Shiny 框架的在線 GUI 工具。它的核心使命是通過數學算法，快速生成具有特定幾何特性的合成多晶微觀結構。
該工具不僅支持傳統的 Voronoi 鑲嵌，更引入了功能強大的 Laguerre 鑲嵌（權重 Voronoi）算法。這意味著你不再受限于勻稱的晶粒，而是可以生成具有特定體積分布、更接近真實金屬組織的復雜模型。
網站地址：https://david-bourne.shinyapps.io/synthetmic-gui/
【功能亮點：為什么它值得收藏？】
零門檻，全在線操作： 無需安裝任何環境，打開瀏覽器即可完成從參數配置到模型生成的全過程。
高度可定制的統計控制： * 晶粒數量： 自由設定生成 10 到 1000+ 個晶粒。
尺寸分布： 支持對晶粒體積的對數正態分布（Log-normal）進行精準控制，模擬不同加工狀態下的組織。
空間排布： 通過調整點過程參數，控制晶粒的密集程度與均勻性。
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金屬增材制造的微觀結構演化建模與仿真
模型的曲徑通幽
論文總結出AM-增材制造組件微觀結構的預測對于該技術在未來的廣泛工業應用中至關重要。
計算微觀結構的起點是溫度場。可以基于溫度的分析或準分析模型來預測大量的微觀結構。然而，為了捕獲與真實零件有關的所有影響，例如表面影響，轉折點等，對溫度場的簡化是毫無意義的。
相場（PF）模型具有良好的物理基礎，包括微觀結構演化的熱力學和動力學。在樹突狀尺度上發展出復雜的凝固微觀結構，例如細胞或樹突，包括偏析效應。因此，PF模型代表了所有微觀結構建模方法中的黃金標準。但是，PF模型會占用大量CPU。對于快速凝固條件，甚至1000個樹枝狀晶體還是很小的，在快速凝固條件下，樹枝狀晶體的臂間距約為微米或更小。因此，在不久的將來計算量將是很大的挑戰。此外，不應忘記PF模型是基于各種不確定數據的。這涉及熱力學以及動力學數據，而不同的數據庫導致不同的結果。因此，通過PF模型進行可靠的預測并非總是如此。盡管如此，PF模型仍可為凝固前沿的情況提供重要的見識，例如過冷與枝晶尖端速度之間的相關性。另外，快速固化時的偏析效果變得更加透明，對熱裂紋的研究也非常重要。
元胞自動機（CA）方法描述了晶粒尺度上的微觀結構演變。對細胞或樹突的凸包膜進行建模，而未捕獲細胞或樹突的結構和分離。熱力學通過枝晶尖端速度和局部過冷的相關性進入模型。CA模型具有預測零件尺寸晶粒結構演變的潛力。還具有很高的能力來預測增材制造期間的紋理形成及其對工藝策略的依賴性。
當前的動力學蒙特卡洛模型無法預測晶粒結構的演變，因為其基本機理不能代表真實的機理。在KMC模型中，不通過競爭性晶粒長大來處理晶粒粗化，而是由晶界的曲率驅動。不能預測紋理，甚至不能再現晶粒結構的外觀。因此，不建議將KMC模型用于AM-增材制造晶粒結構演變。
展開 Ansys Workbench | 材料微觀結構：四種 RVE 的均質化分析
概述
材料的性能在很大程度上受其微觀結構影響。本文檔使用 Ansys 材料設計器展示四種不同類型的微觀結構及其對應的宏觀尺度材料性能：隨機單向纖維結構、體心立方顆粒結構、金剛石晶格結構和編織結構。
目標
理解微觀結構與宏觀尺度材料性能之間的關系
步驟
案例1：隨機單向纖維（木材）
1. 打開 Ansys Workbench，創建一個“材料設計器”組件。檢查單位。
2. 定義材料。創建一種纖維材料，楊氏模量為18000MPa，泊松比為0.1；然后創建一種基體材料，楊氏模量為1800MPa，泊松比為0.35。
3. 在材料設計器中定義微觀結構。選擇隨機單向纖維作為代表性體積元（RVE）。設置纖維體積分數為0.4，纖維直徑為50μm。創建幾何模型（圖1），并使用默認設置生成網格。
4. 創建一個恒定材料，并求解工程常數。工程常數匯總如圖2所示。可以觀察到，纖維方向上的整體楊氏模量 E1 比 E2 和 E3 大100%以上。這是因為纖維的楊氏模量高于基體，從而增強了縱向剛度。這種微觀結構的典型例子是木材和一些復合材料。
圖1. 隨機單向纖維的 RVE
圖2. 隨機單向纖維結構材料的工程常數
案例2：體心立方結構（金屬）
5. 按照案例1的相同步驟操作。為顆粒定義各向同性材料屬性（E=25000MPa, ν=0.3），并為基體定義各向同性材料屬性（E=18000 MPa, ν=0.3）。
6. 定義體心立方結構 RVE（圖3）。顆粒尺寸設為1nm。生成網格。這種微觀結構是金屬的典型代表。
圖3. 體心立方結構的 RVE
7. 求解工程常數。工程常數概覽如圖 4 所示。
展開 微觀拆解：陶瓷濾波器內部結構，放大看太酷了！
下圖是陶瓷濾波的基本結構和原理，由鋯鈦酸鉛等粉末高溫燒結壓鑄的陶瓷片經高壓直流極化后形成具有壓電效應的壓電材料，具有壓電效應和諧振選頻功能。
和普通晶振晶體特性類似，因此通過組合可制成各類陶瓷諧振器或者濾波器等器件，下圖是其等效電路，和晶振差不多。
下圖是一顆455khz中頻陶瓷帶通濾波器
塑封
塑料外殼樹脂灌封，三引腳。
顯微攝影
底部
剝離部分外殼后露出電極片
一共四顆陶瓷片，兩個稍厚，兩個薄一些。
抽出一片，中間有個金屬墊片負責固定和保證接觸良好。
另一面有個彈性墊片壓緊
第一顆陶瓷片，表面鍍銀。
另一面中心部位鍍銀(這個面積根據設計需要，可以微調諧振頻率)，
側面
第二片陶瓷，薄一些。
雙面鍍銀，且面積一樣。
全部取出后，兩個厚的完全一樣，兩個薄的也是一樣。
電極分布，底部有個絕緣墊片，負責隔離u形電極片。
展開 服務能力 | 聚烯烴微觀結構精準表征系統解決方案
素材來源于網絡
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哈工大《Sci China Mater》：微觀結構調控優化高熵非晶合金磁熱性能
這表明，微觀結構調控是優化高熵合金磁熱性能的一種可行方法。
*感謝論文作者團隊對本文的大力支持。
本文來自微信公眾號“材料科學與工程”。歡迎轉載請聯系，未經許可謝絕轉載至其他網站。
分子動力學模擬微觀結構對金屬納米玻璃塑性變形行為的影響
金屬納米玻璃性質與玻璃-玻璃界面密切相關，但是結構無序和界面寬度窄，加劇了研究難度。模擬金屬納米玻璃的變形機理發現，晶粒尺寸影響塑性響應，結構從非定域變形到剪切帶的過渡。玻璃-玻璃界面的缺陷短程有序充當了剪切轉變區的成核位點。在納米玻璃制備方面，即顆粒的惰性氣體冷凝和冷壓實，預測玻璃-玻璃界面中的缺陷短程有序也受到了變形過程的影響。本文通過分子動力學研究發現，玻璃狀顆粒固結后，納米玻璃界面是接觸區域中拓撲不匹配和剪切過程，這種粒子衍生模型明顯不同于現有的體相衍生微觀結構模型。本文也分析了金屬納米玻璃的整體變形行為與微觀結構和界面特性的相關性。
【成果簡介】
近日，德國達姆施塔特工業大學的Omar Adjaoud（通訊）作者等人，采用分子動力學模擬方法，研究了微觀結構對Cu64Zr36納米玻璃塑性變形行為的影響。分析了兩種制備納米玻璃的方法：一種是化學均勻和不均勻的納米顆粒冷壓獲得的納米玻璃；另一種是體相衍生的多面體組裝而成的納米玻璃。對兩種類型的微結構研究發現，顆粒衍生的納米玻璃的界面體積分數明顯高于體相衍生的納米玻璃的界面體積分數。兩種玻璃的單軸載荷具有不同的塑性響應：顆粒衍生的樣品在屈服時，沒有應力下降，應變局部化非常小和沒有應變軟化；大塊衍生的樣品出現應力下降，應變軟化和大的局部應變。這與兩種玻璃的玻璃-玻璃界面結構的不同類型有關。因此，金屬納米玻璃的宏觀變形行為與玻璃-玻璃界面結構和拓撲結構密切相關，而玻璃-玻璃界面的結構和拓撲結構又與加工工藝有關。
展開 透射電鏡（TEM）VS掃描電鏡（SEM）：高分子材料微觀結構表征該選誰？
</p><p><br></p><p><strong>共混改性:</strong>通過TEM觀察高分子共混體系的微觀結構，如相分離、相界面、分散程度等，有助于優化共混配比和工藝條件。</p><p><br></p><p><strong>功能化改性:</strong>在功能化高分子材料中，TEM可用于觀察功能基團的引入對材料微觀結構的影響，以及功能化后的性能變化。</p><p><br></p><p><strong style="color: rgb(8, 121, 226);">4.2 高分子材料應用性能評估</strong></p><p><strong>力學性能:</strong>TEM可用于觀察高分子材料的微觀缺陷、裂紋擴展等，評估其力學性能。</p><p><br></p><p><strong>熱性能:</strong>通過原位加熱TEM技術，可以觀察高分子材料在高溫下的微觀結構變化，評估其熱穩定性。</p><p><br></p><p><strong>電性能:</strong>對于導電高分子材料，TEM可用于觀察其導電通道的分布和形態，評估其電性能。</p>
展開 
你真的得能講清楚什么是金屬材料的微觀組織結構嗎？（ 金屬材料科學與技術）
1什么是微觀組織結構(Microstructure) ？
當我們描述金屬的結構時，我們應該區別其晶體結構(Crystal Structure)和微觀組織結構(Microstructure)。晶體結構主要用來表示一個晶胞(Unite cell)內原子的平均位置，它由晶格類型和原子的分數坐標（例如，通過X射線衍射確定）確定。換句話說，晶體結構主要用來在原子尺度描述材料的形貌。相比之下，微觀組織結構是在微米—厘米尺度范圍內描述材料的形貌特征。微觀組織結構的一個合理的定義是：“材料內部相(Phase)和缺陷(Defect)的排布。”
微觀組織結構的觀察可以采用一系列的顯微鏡進行。在不同尺度下觀察一個特定的材料的微觀組織結構特征時通常會發現差異很大。基于這一原因，在描述材料的微觀結構時，最重要的是首先確定觀察的尺度范圍。如果尺度范圍選擇不當，就很難得到你想要的結果，也不利于你對材料某些特性的理解和分析。材料微觀組織結構的產生和觀察是一門非常重要的知識，需要認真理解和領會。
隕石的微觀組織結構?
這里需要著重指出，材料的微觀組織結構影響材料的物理特性和行為。我可以通過控制材料的微觀組織結構達到設計材料性能的目的。天然礦物結構可以提供其復雜的歷史信息。微觀組織結構學是所有材料和礦物科學的組成部分。
2還能答出這些微觀組織結構有關的問題嗎 ？
知道“微觀組織結構(Microstructure)”“相(Phase)”“組分(Component)”“缺陷(Defect)”的定義嗎？
鋼的微觀組織結構
您知道如何觀察材料的微觀組織結構嗎？光學顯微鏡的放大倍數和成像原理？普通掃描電子顯微鏡放大倍數和成像原理？
展開 間隙等原子比CoCrFeMnNi高熵合金:碳含量、微觀結構和成分均勻性對變形行為的影響
因此，目前仍然缺少關于均勻化和組織細化后間隙等原子比CoCrFeMnNi HEAs微觀結構的深入信息，而這些信息對于進一步改善機械性能至關重要。
盡管科學家們提出了各種設計概念來改善過渡金屬HEAs的力學性能，如上所述，但很少有人致力于揭示元素均勻性對相應力學性能的影響。本文作者最近的工作表明，晶粒細化樣品的成分不均勻性可能導致加工硬化和塑性的幾乎全部消失。這是由于非等原子比雙相HEA中的成分不均勻可導致非均勻平面滑移和FCC基體向密排六方結構(HCP)相變的局域化，從而促使應力應變局部集中現象的過早發生。因此，對于上述雙相HEAs的強度-塑性組合，成分均勻性起著至關重要的作用。實際上，由于相穩定性的成分依賴性強，HEAs通常表現出非常敏感的成分-結構-力學性能關系。然而，對于TWIP-輔助的單相等原子比CoCrFeMnNi HEA和間隙摻雜的HEAs等，與各種加工條件(如鑄態、熱軋態和再結晶態)相對應的成分均勻性狀態并沒有被清楚地揭示出來，其對力學性能的影響也完全未知。基于等原子比CoCrFeMnNi HEA的主要變形機制為相對低應變下的位錯滑移和高應變下的孿晶行為，與雙相HEA的變形機制存在本質上的差異，兩種情況下成分均勻性對強度-塑性組合的影響可能存在差異。此外，對于間隙元素摻雜的HEAs，間隙摻雜和成分均勻性這兩者之間可能存在交互作用，這是因為間隙元素本身還會改變合金的相態與化學穩定性。這些因素對力學性能的潛在聯合作用是完全未知的。然而，這些信息對于改進HEAs的力學性能和進一步的成分-加工-微觀結構設計是非常重要的。
【成果簡介】
在利用間隙合金化提高多主元高熵合金力學性能的同時，其有效性取決于間隙元素含量、微觀結構和成分均勻性狀態。
展開 技術分享 | 升溫淋洗分級技術（TREF）在抗沖共聚聚丙烯微觀結構表征中的應用
采用13C-NMR表征試樣的序列結構。從下表看出，等規PP的立構規整性并非均一，有低等規指數的PP存在。在利用TREF分級時也發現，TREF級分會在較低的溫度下與共聚物一起被淋出，從而干擾對共聚物的定量研究。
淋洗溫度≤25 ℃時，TREF級分中y(E)為45.1％，y(PE)為40.6％，含乙烯和丙烯三單元序列比例為60.9％，乙烯連排序列長度很短。不能形成結晶，具有典型的乙丙橡膠序列結構的特點。該級分PPP序列中mr所占比例較大，它們主要是無規PP，還有少量間規PP和極低立構規整度PP，占淋洗溫度≤25℃時級分質量的23.5％，約占試樣質量的3.1％，mmmm的部分很少，只占該級分的1.6％以下，其部分以短嵌段存在于乙丙共聚物中，部分為低立構規整度PP。
在25～100℃時，TREF級分中EEE鏈段部分可形成結晶，其為部分乙烯鏈段可結晶的乙丙共聚物，因PE結點較多，分子鏈無規度高，結晶度低。PPP序列中mm所占比例較大。全同立構PP的α型單位晶胞中單體數目為12，丙烯連排數目超過12的鏈段方可結晶。由上表可知，該級分nP為8.1，絕大多數丙烯鏈段不能結晶。mmmm序列占25～60℃級分的4．8％以下，所以，PPP序列多以短嵌段方式存在于乙丙共聚物中很少部分為低立構規整度PP、少量間規PP和無規PP，結晶度很低。
60～85℃時，TREF級分的序列結構與25～60℃時的序列結構近似，y(E)略低，y(PE)為4.6％，含乙烯和丙烯三單元序列結構為8.6％，EEE為28.9％， nE、nP增加，部分乙烯鏈段和丙烯鏈段可結晶，因PE結點較多，其分子鏈無規度較高。
展開 用WELSIM分析帶孔平板結構
結果如下：
獲得應力和變形值以后，一個基本的孔板分析也就完成了。這里我們最大的von-Mises應力是2.79e8，結合材料的許用應力，我們就知道設計是否合理了。
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