材料與結構行為仿真的案例
超高強鋼材料碰撞失效行為仿真預測技術研究
摘 要：為了提高超高強鋼材料在整車碰撞過程中的失效行為仿真預測精度，對比分析了主流求解器LS＿DYNA中GISSMO等6種典型失效模型的原理，并針對GISSMO失效模型中影響整車碰撞失效仿真精度最為關鍵的參數材料斷裂極限應變及網格尺寸修正特性設置方法進行了研究。斷裂極限應變標定過程中應變路徑存在非線性，需要采用加載歷程平均應力三軸度來進行描述；默認的網格修正設置方法難以兼顧不同應力狀態，采用自定義的網格尺寸修正設置方法可以有效提高典型應力狀態下不同網格尺寸模型仿真預測結果的一致性。
關鍵詞：超高強鋼;失效;GISSMO;
1 前言
節能與安全是汽車行業一直以來關注的兩大話題。近年來，實現汽車燃油經濟性目標，整車整備質量持續下降，車身輕量化重要性進一步凸顯；另一方面，行業安全法規也在持續加嚴，對車身結構強度提出了更高的要求[1]。超高強鋼材料兼具輕量化、性能與綜合應用成本優勢，近年來在汽車行業應用范圍不斷增加。隨著汽車行業安全法規不斷升級，超高強鋼結構件在汽車碰撞過程中需要吸收更大的能量；同時，隨著材料強度的上升，其韌性通常會有所下降[2]，因而導致車輛關鍵結構件在碰撞過程中開裂失效風險顯著增加，嚴重影響車輛被動安全性能。為此，汽車行業普遍采用有限元仿真分析方法來預測超高強鋼材料在碰撞工況下的失效行為[3,4,5,6,7]，為車輛結構與用材設計提供優化方向。
本研究介紹了目前超高強鋼材料碰撞失效行為預測領域的最新研究進展，并針對目前常用的網格尺寸縮放問題進行了研究，可以為提高超高強鋼材料在整車碰撞過程中的失效行為預測精度提供一定的參考。
2 失效模型選擇
對于超高強鋼等金屬材料而言，韌性斷裂是其最主要的失效形式，采用基于應變的失效模型可以更好地預測其失效行為。
展開 低維非晶材料動力學行為研究新進展 附材料的動力學行為張慶明下載
（a）制樣過程與樣品形貌示意圖，（b）為球差電鏡下的顆粒狀薄膜形貌，標尺為10nm，（c）納米顆粒的尺寸分布，（d）非晶態與含有晶態結構顆粒的區分，紅色為純非晶顆粒，藍色為含有晶態結構的顆粒。
圖2. 非晶納米顆粒的類液體動力學行為。（a）在高分辨電鏡連續拍照條件下拍攝的四個納米顆粒的合并過程，（b）顆粒合并模型示意圖，（c）為納米顆粒粘度與尺寸呈現的冪律關系。
圖3. 同一探測條件下非晶納米顆粒、晶態納米顆粒及非晶-晶態納米顆粒的合并過程比較。紅色圈內為非晶顆粒的合并，藍色圈內為晶態顆粒的合并，黃色圈內為非晶-晶態納米顆粒的合并。
圖4. 球差電鏡觀測圖3中三類納米顆粒合并隨時間演化的詳細過程。
下載地址：材料的動力學行為張慶明
展開 一種用LSPP看SPH仿真破碎裂紋等引起材料失效的物理行為引起的體積去除測量方法
在用LSDYNA軟件做裂紋損傷仿真時候，經常需要在后處理中測量刀具切削工件去除的體積為多少，有很多文獻中為了實現這一功能，借助其他外力計算軟件測量，其實是將這一操作復雜化了，實際在LSPP中就可以完美實現這一功能，如下圖所示，類似的測量面積、質量、飛濺的粒子數等都可以實現，操作類似。軟件是新版操作環境，若習慣老界面的設置，按shift＋F11就可以切換到經典環境下。
Chaboche各向同性非線性隨動硬化行為的材料本構模型計算matlab程序 ￥475
Chanboche模型是一種用于描述材料各向同性非線性隨動硬化行為的材料本構模型。該模型由Chanboche在1981年提出，其基本形式包括各向同性部分和隨動硬化本構部分。
具體而言，Chanboche模型各向同性本構部分可以用以下方程表示：
dR(p)=b(Q-R)dp
非線性隨動硬化模型可以用以下方程表示：
dx=(2/3)cdεp-rxdp
本程序已經在上一個帖子基礎上進一步完善，實現可直接輸入試驗拉伸循環曲線，計算本構參數，黑色線為計算結果，紅色為試驗循環拉伸應力應變曲線。
談材料力學行為研究的標配—ABAQUS UMAT
即，通過用戶描述材料的力學行為特征，AI就可以自動生成UMAT或者VUMAT子程序，供用戶使用。</span></p><p class="ql-align-center"><img src="https://public.fangzhenxiu.com/ueditor/20251106151144-image.png?imageView2/0" alt="image.png"> </p><p><span style="color: rgb(0, 0, 0);">當然，除了AI自身增強對力學概念的理解，還需要數據支持。無論是各種彈塑性模型還是復合材料漸進失效模型，里面各種系數實際上是需要針對不同的材料做試驗測試才能獲取。尤其是多種多樣的復合材料。就我所了解，德國就有將各個試驗室和研究單位的材料本構數據統一管理的計劃，一旦把數據格式統一，隨著時間積累形成大數據庫。在AI技術的加持下，說不定靠寫材料本構就能研究生畢業的情況，將一去不復返。與之相對的，做基礎試驗或者尋找材料特性應用場景或將更加重要。</span></p><p class="ql-align-center"><img src="https://public.fangzhenxiu.com/ueditor/20251106151153-image.png?imageView2/0" alt="image.png"><span style="color: rgb(0, 0, 0);"> </span></p><p class="ql-align-justify">歡迎關注“靜界有限元”</p><p class="ql-align-justify">工作室面向在校學生、科研院所老師提供結構有限元仿真（含二次開發）、流體力學仿真、算法開發、軟件開發服務。
展開 CAE在汽車結構及材料優化中的仿真分析與應用
在汽車行業，從最初的線彈性部件分析到汽車結構中大量的非線性問題分析，到現在汽車疲勞壽命分析、NVH分析、碰撞模擬等，有限元科技CAE應用項目幾乎可以涵蓋所有環節。
今天和大家分享的是：汽車設計中的結構/材料優化分析。
結構/材料優化
優化設計包括尺寸優化、形狀優化、形貌優化和拓撲優化，而表現在汽車設計中則有輕量化、材料節能環保、提高動力性能等。在維持汽車重要區域原結構、車身模態和剛度性能等基本不變的基礎上，對于其他部位進行優化從而達到輕量化、新型材料應用等。基于CAE分析的優化設計也常用于新車型的開發。
近年來，隨著對汽車本身的安全性要求不斷攀升，對汽車車身結構安全部件材料的優化設計就顯得異常重要！
針對此材料和厚度的交互性問題，推出其匹配優化的設計方式。首先主要通過傳力路徑和能量分析的方式初步選取相應設計部件。然后由此進行敏感性的分析，這樣才能更準確的找出最受影響的安全部件作為設計的對象，從而真正解決難以選取設計對象的問題。
同時可針對所選取的設計對象，采用優選近似模型和多目標優化的方式對其厚度和材料實施匹配和優化，這樣就充分的利用了兩者的交互性，真正實現材料和厚度的變量混合。
一、汽車安全部件的選定分析
（一）分析汽車傳力路徑
主要針對其正碰當中的流動應力進行分析，可通過明確其車應力變化和部件截面展開分析。其傳力路徑具體表現在以下幾點：
車輛本身和剛性壁障產生碰撞時，一旦其前保險杠產生變形，會將力直接傳遞至上縱梁，然后通過上縱梁傳遞至A柱上端位置，最后直接向后傳遞。
當車輛和剛性壁障產生碰撞時，一旦其前保險杠產生扭曲，會直接將沖撞力轉移至前縱梁，然后直接傳輸至A柱下端、門檻梁以及底板縱梁等位置，最后向后傳遞。
展開 大自然是PCM結構設計、行為和理論的源泉之一
來源 | Advanced Science
摘要：相變材料由于其高能量儲存密度和等溫相變在熱收集和利用方面引起了廣泛的興趣。然而，固有的泄漏問題和低儲熱效率阻礙了它們的廣泛應用。大自然往往是應對這些挑戰的巨大靈感來源，近年來針對實現先進熱能管理系統的自然策略取得了突破性進展。本文從自然角度綜述了相變材料的結構設計和功能研究的最新進展。通過強調結構-功能關系，詳細討論了人體運動，醫學和智能熱管理設備等先進應用。最后，對仿生設計中存在的挑戰和未來前景提出了看法，即相變材料正圍繞仿生設計螺旋式發展。
關鍵詞：功能應用，自然策略，相變材料，結構設計
00
引言
自然一直是并將繼續是一個取之不盡的思想、設計、行為和理論的源泉，科學家們一直試圖模仿這些理論。經過了數億年的進化自然界的生物體現了結構和功能的完美統一。同時，生物體通過結構和功能的密切配合，實現能量的最佳儲存和利用。如電鰻、綠色植物的光合作用、細菌視紫紅質高效的光熱轉化作用等，都為人類開發利用能源提供了巨大的啟示。通常，熱能占全球能源收支的80%以上，是能量損失的主要來源。因此制定高效、可持續的熱能利用戰略是必要的。受自然生物儲能系統的啟發，熱儲能技術得到了顯著的改進，并引起了科學界和工業界的廣泛關注。
目前，相變材料(phase change materials, PCMs)因其儲能密度大、相變過程等溫等優點，作為極具發展前景的材料備受關注。然而，PCM的缺點，如泄漏問題、相分離和過冷現象，導致儲熱效率低，應用范圍窄。在這里，自然策略被提出，為解決這些挑戰提供了一條途徑。
展開 【材料課堂】鋁鎂合金腐蝕行為及防護分析
鎂鋁合金作為當前應用量最大的鎂合金材料，對其腐蝕行為的研究具有重要的意義。
本文來自“中國金屬通報”。
Abaqus膠合材料的行為及設置方法
本節主要是要講膠合行為，膠合行為在abaqus里面主要有兩種方式。一個是膠合元素（單元），另外一個是膠合的接觸性質。所以在abaqus里面膠合的這個行為有有兩種方式可以模擬，一種是把它當接觸性質一樣，去判斷這個接觸性質有沒有發生破壞，另外一個是建成了一個元素，所以在我們后面的說明里面，如果是膠合元素的話，它的材料行為，我們會把它定義在material 的property 里面，因為它是一個元素，必須要有一個property 的設定。如果是接觸的話，我們把它定義成接觸，那它就只會出現在contact property 里面，然后去定義可cohesive property。
簡單介紹一下膠合行為，這個膠合行為主要是有這兩個學者在在這個1960年的時候把膠合應力應用在破壞模型里面。膠的破壞模主要把它分成adhesion failure(膠和接觸物之間的破壞)和cohesion failure(膠本身的破壞)，也就是adhesion是膠和接觸物之間的破壞，如果是cohesion failure比的話，膠本身的破壞。
所以我們用下面這張圖的話，就可以很明顯的知道什么是adhesion跟cohesion。但是在abaqus 里面我們把這兩件事情看成是同一件事情。我們就把它統一稱為洗cohesive behavior。
膠的實驗講義中列的有多種tensile test，shear test,peel test,fracture toughness test。電子廠跟膠廠主要會做的實驗大概就是peel test、tensile test、shear test。其實我們在abaqus 里面要輸入的參數就是normal tensile跟shear test,就主要就是這兩種，定義正向跟切向的行為。
展開 ANSYS ACP 復合材料鋪層無人機結構仿真，附帶詳細講解視頻和案例模型 ￥158
涉及ACP復合材料鋪層，后處理等相關設置方法。過程詳細，結果合理。相關復合材料鋪層均可使用該文檔方法設置完成。
附帶詳細講解視頻和案例模型
復合材料因其高比強度、可設計性強等特點，在無人機輕量化結構中應用廣泛。本文基于ANSYS軟件平臺，詳細闡述復合材料無人機結構仿真的全流程操作，涵蓋幾何處理、材料定義、鋪層設計、載荷施加及結果驗證等關鍵環節。通過本文，用戶可系統掌握復合材料結構仿真技術，優化無人機設計，確保結構安全性與可靠性。
幾何模型預處理
抽殼處理（Shell Extraction）無人機結構多為薄壁殼體，需將實體模型轉換為殼單元以提升計算效率。操作路徑：Geometry > 右鍵部件 > 選擇“抽殼”，輸入設計厚度（如0.2mm）。
注意事項：抽殼后需檢查面法向方向（Tools > 面法向），確保所有面外法向一致，避免后續分析中出現應力方向錯誤。對于多曲面模型，抽殼可能導致局部厚度不均，需通過“偏置面”功能手動調整。
細節簡化，刪除非關鍵特征：移除直徑小于2mm的孔、倒角及裝飾性結構（選中孔邊緣 > Delete）。
合并面：針對相鄰面片，使用“合并面”工具（Tools > 合并面）消除微小間隙或尖角。案例：機翼與機身連接處常存在微小面片，合并后可提升網格質量。若模型關于XY平面對稱，可僅處理單側結構，再通過鏡像生成整體（Tools > 鏡像）。鏡像驗證：鏡像后需檢查對稱面是否完全貼合，避免因公差導致網格不連續。
刪除冗余部件，移除內部支撐管、非承重連接件等，僅保留主承力結構。示例：無人機起落架安裝座若與靜力分析無關，可直接刪除以簡化模型。
接下來我們將進行建模處理，首先打開軟件，主要工作是劃分網格并進行命名。
展開 汽車結構膠仿真模型MAT_169材料卡片的制作
隨著汽車輕量化技術的發展，車身所用材料呈現出多樣化的趨勢，由于異種材料之間的物理、化學和力學性能方面存在較大差異，因此多材料輕量化車身對連接技術提出了新的挑戰。
傳統點焊連接由于技術瓶頸和成本的原因，無法廣泛應用于異種材料的連接；而鉚接和螺栓連接則在連接處有顯著的應力集中。
結構膠廣泛應用
結構膠連接作為一種新型連接技術，具有良好的異種材料連接性能，且有利于車身輕量化、提高車輛的碰撞性能和增加車身結構的剛度、強度和耐久性，同時結構膠連接技術也解決了傳統連接技術可能產生的應力集中和疲勞強度差等問題。目前，結構膠已廣泛應用于車身側圍、車頂、電池包支架等關鍵部位。據行業預測，未來五年內，單車結構膠用量將增長30%以上，成為汽車輕量化與安全設計的核心支撐技術。
結構膠接頭仿真分析
評估粘接接頭質量的方法往往是利用力學試驗去測試粘接接頭的性能。然而許多物理實驗耗時、費力、成本昂貴，而對整車的力學測試則需要更多的設備。
仿真分析能夠通過建立精確的模型，模擬結構膠在不同載荷條件下的力學行為。然而，仿真分析的準確性高度依賴于模型參數的設置。如果參數設置不準確，模擬結果與物理試驗之間可能存在較大誤差。因此，模型標定過程成為確保仿真結果可靠性的關鍵步驟。
仿真模型選擇
在結構膠連接的仿真模擬中，內聚力模型（Cohesive Zone Model, CZM）被廣泛用于描述膠層在載荷下的力學響應。內聚力模型通過定義內聚力與裂紋張開量之間的關系，能夠合理反映膠層失效界面附近的強度、韌度等物理屬性。
MAT_169（MAT_ARUP_ADHESIVE）是仿真分析軟件中提供的一種內聚力模型，專門用于模擬結構膠的力學性能。
展開 
基于VUMAT復合材料夾層結構沖擊仿真
1 低速沖擊問題
夾層結構具備良好的吸能特性，其沖擊特性一直是被重點關注的方向。
本期主要對復合材料夾層結構低速沖擊的仿真進行介紹。
我本人做靜力問題相對多些，沖擊問題以前做過一個仿真效果，沒有深入研究。這幾天和學流體的師兄交流的時候，他說他同學有一個搞高速沖擊的，用流體的方法搞。
好奇心來了，流體的方法怎么搞？
師兄曰，高速情況下，彈子穿過一些物體，不就像彈子游在水里一樣嘛。
雖然說得很玄妙，但是好像很有道理。實際上流體和固體很多現象很接近。就比如帶孔板的拉伸和圓柱擾流，云圖真是傻傻難分。并且還真有學者找到兩者的本構共通性，用圓柱繞流來研究帶孔板。
一下子扯遠了，繼續低速沖擊。
2 模型
考慮如下模型，邊界條件為底部固支，上面板四個角點固支。面板失效基于Hashin準則判斷，芯層失效基于MISESS準則判斷。
看似簡單的問題往往暗含殺“雞”。
1） 沖頭設置為剛體，其密度的取值，不能直接賦予鋼的屬性。因為實際的沖頭結構為柱狀。建模中，處于簡化考慮，取頭部半球進行建模，為此需要根據實際沖頭質量，換算出仿真用沖頭的密度。
2） 面板和夾層之間可以綁定，如果夾層是蜂窩這類非均勻結構，用接觸屬性會比較合適，但是接觸的定義要考慮好，否則很容易穿透，或者大滑移。
3） 同樣的，沖頭和面板的接觸也要注意，網格的疏密和接觸屬性都可能造成穿透。
4） 為了防止網格過度扭曲，要對網格扭曲進行控制，也可以縮放其質量，或者對過度扭曲的單元，直接賦予高模量。
5） 載荷為速度載荷，如果已知沖擊能量，就根據沖頭質量進行速度換算，這是高中知識了。
3 VUMAT
1) 我們此次使用VUMAT最重要的目的是，實現失效區域的識別。
2) 本次VUMAT關鍵輸出，是應力的更新和損傷變量的更新。
展開 復合材料疊層結構的拉伸斷裂仿真 ￥800
本案例基于COMSOL軟件中的固體力學模塊的損傷模型模擬了一復合疊層結構在受到兩端拉伸作用下的拉伸變形過程以及斷裂帶生成過程，模擬結果如圖所示：
感興趣的朋友，歡迎合作交流！
abaqus中塑膠材料的力學行為的設定
下圖是一張傳統的金屬材料的應力應變曲線。
從圖中可看出，金屬應力應變曲線在屈服之前都是一個穩定的直線段，我們把0.002作為材料屈服位置,從右邊這張表格可以看出，2805這種材料信息中包含tensile modules 是2400mpa。Tensile of stress 在屈服的時候是66mpa，屈服的應變是6.2%。現在我們用這個簡單的公式應力等于楊氏模數乘以應變。你會發現這三個值去計算的結果是并不相等的。
如果遇到這種狀況，尤其是還差很多，一個是本來應該是屈服強度是66mpa，它提供的信息算出來就是將近150mpa。那所以我們就要知道，材料在發生屈服之前，其實是一段非線性的彈性行為。那遇到這種狀況該怎么辦？
看下圖，右邊圖材料信息與上圖一致，左邊是Campusplsastics軟件找到同樣一種材料。這張圖是在不同溫度下的拉伸應力應變曲線。
找到綠色曲線，也就是23度，室溫情況，跟我們的另外一個prospect 找到的資料，同樣是室溫情況下去做拉伸試驗。可以看到它的數據是相同，就是他在屈服的時候，最大值的地方，它的應變是6.2%，屈服應力是66mpa。 知道他把屈服點定在這個位置。2400moa其實是在拉伸段一開始的時候比較短的直線段，但是后來他就開始發展成非線性的彈性行為。這時候我們就不能用傳統的那個那種彈性+塑性的方式去描述材料行為。那一般的塑膠材料還會有另外一種特性，就是它的拉伸跟壓縮的行為通常會是不一樣的。可以看下圖。
從上圖可以看出在右半側這邊是拉伸，左半邊是壓縮，同樣都5%的地方去看它的應力會是不一樣的。它表示說他的拉伸跟壓縮的行為是不一樣的。但是通常材料比較怕拉伸行為，所以我們做單拉實驗，是做一個比較保守的設計。
展開 大自然是PCM結構設計、行為和理論的源泉之一
來源：Advanced Science
原文：
https://doi.org/
10.1002/advs.202207652
摘要：
相變材料由于其高能量儲存密度和等溫相變在熱收集和利用方面引起了廣泛的興趣。然而，固有的泄漏問題和低儲熱效率阻礙了它們的廣泛應用。
大自然往往
是
應對這些挑戰的巨大靈感來源
，
近年來針對
實現先進熱能管理系統的自然策略
取得了突破性進展
。
本文從自然角度綜述了相變材料的結構設計和功能研究的最新進展。通過強調結構-功能關系，詳細討論了人體運動，醫學和智能熱管理設備等先進應用。最后，對仿生設計中存在的挑戰和未來前景提出了看法，即相變材料正圍繞仿生設計螺旋式發展。
關鍵詞：
功能應用，自然策略，相變材料，結構設計
00 引言
自然一直是并將繼續是一個取之不盡的思想、設計、行為和理論的源泉，科學家們一直試圖模仿這些理論。經過了數億年的進化自然界的生物體現了結構和功能的完美統一。同時，生物體通過結構和功能的密切配合，實現能量的最佳儲存和利用。如電鰻、綠色植物的光合作用、細菌視紫紅質高效的光熱轉化作用等，都為人類開發利用能源提供了巨大的啟示。通常，熱能占全球能源收支的80%以上，是能量損失的主要來源。因此制定高效、可持續的熱能利用戰略是必要的。受自然生物儲能系統的啟發，熱儲能技術得到了顯著的改進，并引起了科學界和工業界的廣泛關注。
目前，相變材料(phase change materials, PCMs)因其儲能密度大、相變過程等溫等優點，作為極具發展前景的材料備受關注。然而，PCM的缺點，如泄漏問題、相分離和過冷現象，導致儲熱效率低，應用范圍窄。
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