材料力學與結構仿真
關注創建者：匿名 創建時間：2025-11-20
材料力學與結構仿真的視頻教程
車燈仿真分析系列課程（熱仿真/結構力學仿真/光學仿真）
ANSYS作為世界知名的CAE仿真軟件，在汽車車燈的結構力學、流體散熱、光學設計都有廣泛地應用。在結構力學分析時，借助ANSYS可以實現諸如：車燈極端靜載荷作用下的強度/剛度分析、車燈的抗沖擊/振動性能分析及優化設計；車燈的碰撞試驗分析；車燈在交變載荷作用下的結構疲勞計算等，從而為汽車照明系統的設計提供理論依據。
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力學方向知識點總結，包含理論力學材料力學彈性力學復合材料力學有限元分析等
本課程圍繞力學方向核心知識體系展開，系統總結理論力學、材料力學、彈性力學、復合材料力學以及有限元分析等重要內容，旨在幫助學員從整體上梳理專業知識脈絡，建立更加完整、清晰的力學知識框架。課程不僅關注各門課程的基礎概念與核心理論，也強調不同知識模塊之間的內在聯系，使學員能夠從“單點學習”走向“系統理解”。 在學習過程中，很多同學會遇到知識點零散、課程之間銜接不清、學過后難以融會貫通等問題。
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材料力學與結構仿真的實例教程
然而，這些技術通常僅限于制備1D/2D結構（纖維或薄膜）。雖然已經證明了3D/4D打印可以獲得兼具復雜結構和有序CNC的潛力，但這種具有復雜結構的三維結構通常具有非連續表面，尤其是在垂直方向上。此外，這些技術中的許多參數會影響CNC在三維成型結構中的排列，例如ink的固有流變性/粘度、剪切速率、噴嘴幾何形狀和凝固劑的選擇。另一個關鍵問題是結構體的力學性能，在含有CNC的三維復合材料中，有序排列的CNC如何發揮作用？是否還有其他影響因素？
圖1 含有CNC的類雙曲面3D結構的制備過程。
近日，德國哥廷根大學張凱教授課題組通過“拉伸-松弛-干燥”動態共價水凝膠的方式制備了具有類似雙曲面的中空三維復雜結構（圖1）。這種方法的特點是CNC在里面是有取向的，且曲面具有連續性：基于機械拉伸和空氣干燥過程，動態水凝膠中的CNC可以單軸排列；除了力學增強之外，還提供額外的光學雙折射現象（圖2）；所獲得的類雙曲面結構參數可由原始水凝膠的形態和機械拉伸的條件控制；類雙曲面結構的表面可以通過空氣干燥過程進一步優化，從而獲得光滑、連續和彎曲的表面。更為重要的是，研究發現這種3D形狀結構的機械性能不僅依賴于CNC的有序排列，而且與結構固有的幾何形狀有很大關系（圖3）。這些結果將為設計和制造具有固定形態、力學性能和功能的先進材料提供新的視角。
圖2 類雙曲面3D結構的光學性質。
展開 隨著社會各界對于傳統石油基材料廢棄物引發的環境問題日益重視及“限塑令”的實施，傳統石油基材料被具有良好的生物相容性、可降解性、可再生性的生物基材料逐步取代是大勢所趨。生物基氣凝膠、泡沫等輕質化材料作為生物基材料典型代表，具有低原料消耗、廢棄物可資源化優勢，在生物傳感、醫療設備、汽車船舶等領域具有廣泛應用前景。然而，輕質化必將導致本身力學性能不足的生物基材料因密度急劇降低而力學性能進一步大幅降低，因此限制了輕質化生物基材料在各領域的實際應用。因此，為滿足實際應用需求，輕質化生物基材料的物理或化學改性增強成為近年來的研究熱點之一。但是，目前的改性手段均采取引入新物質到生物基材料改性的方式，引入的新物質不但增加了生產成本與難度，也大大增加生產制造過程中的不可控因素，不利于規?；a；同時改性的增強程度有限，難以實現高性能化；更在單方面加強力學性能時不可避免地對生物相容性、可降解性等其他性能產生不可控的負面影響。
基于以上關鍵科學問題，西南大學黃進教授和甘霖副教授團隊提出了針對輕質化生物基材料構建負泊松比超結構實現力學性能大幅提升強化的普適性方法，即在生物基材料基體內部設計并構建三維負泊松比胞元結構陣列，通過自下而上的負泊松比效應賦予輕質化生物基材料超力學性能。該工作首先設計了功能性強、易調控的內凹多面體胞元結構，然后以典型生物質聚酯—聚丁二酸丁二醇酯（PBS）為原料，采取綠色環保的超臨界流體發泡技術成功制得了輕質化PBS多孔材料，最后在略高于軟化溫度的條件下通過軸向與徑向控比壓縮調控其泊松比，制得了負泊松比可調控的力學超材料—負泊松比PBS材料（PBS-NPR）。
展開 中國力學學會MTS 材料試驗專業委員會已連續成功舉辦了3屆青年學術會議，為從事材料與結構測試相關研究領域的青年才俊提供了良好的交流平臺，加深了青年委員之間的聯系，今后青年學術會議每年將舉辦1至2次。
</p><h3><strong>三、張量分析在連續介質力學中的應用</strong></h3><p><strong>張量分析為連續介質力學提供了不可或缺的數學工具，極大地便利了物理量的描述（應力、應變張量場分析）、坐標變換以及力學方程的推導（質量、動量、能量守恒方程推導）</strong>。不止如此，連續介質力學也為張量分析賦予了豐富的實際意義和應用價值。</p><p>比如在研究非牛頓流體、微極連續介質等復雜介質時，需要引入新的張量概念和運算規則。同時張量分析的新成果也為連續介質力學提供了更強大的理論支持，使得連續介質力學能夠處理更加復雜的物理現象，如在生物力學領域，利用張量分析可以更好地研究軟組織（肌肉、血管等）的力學行為。</p><p>除了理論層面的相互滲透，二者在工程應用中也協同進步，實現了不斷發展。</p><p>在土木工程的結構力學分析中，對建筑結構在地震等復雜載荷下的應力應變分析，以及機械工程的材料加工變形分析，都離不開兩者的緊密結合。它們的協同運用能夠顯著提高分析的準確性和可靠性，為工程設計和優化提供堅實依據。并且，隨著工程實踐的不斷推進，它們在相互促進中持續改進，為解決各類工程難題提供了更為有效的方法和技術。</p><p><strong>那么，如何才能學習了解張量分析與連續介質力學呢？</strong>小鄰在此為大家推薦<strong>《張量分析與連續介質力學》</strong>這門精品課程！課程旨在幫助用戶系統地學習張量分析與連續介質力學的基本理論和高級概念，進而深入鉆研理論物理、材料科學等前沿領域，為未來的學術探索和職業發展筑牢根基 。
展開 生物材料盡管由性能并不突出的簡單組元在相對溫和的條件下組裝而成，但卻表現出優異的綜合力學性能和功能特性，這主要得益于其跨越不同尺度的復雜而巧妙的組織結構，特別是由此帶來的獨特的變形與斷裂機制和強韌化機理。
圖1 原使取向與受力之后微組織結構的再取向
中科院某科研團隊系統地闡明了天然生物材料梯度設計的形式、原則及其起到的作用與機制的基礎上，首次提出了新型材料組織結構取向梯度的概念與設計原則，建立了組織結構取向以及變形過程中發生的結構再取向與材料力學性能之間的系統定量關系，通過控制微觀組織結構取向實現材料的局域剛度、強度與韌性的優化分布與相互匹配，從而提高材料整體的力學性能。
圖2 材料通過微觀組織結構再取向實現綜合力學性能的全面同步提升
同時該課題組發現：材料在加載過程中發生的組織結構再取向不僅可以提高其變形能力，更能夠為實現綜合力學性能的改善提供有效的途徑，如圖2所示。通過調整自身的組織結構與所受外力之間的取向關系，材料在拉伸條件下的剛度和強度逐步提高，同時裂紋擴展路徑逐漸偏離最大正應力方向，因而斷裂韌性得以同步增強；而在壓縮條件下，材料的力學穩定性與劈裂韌性也表現出同步增大的趨勢。因此，材料可以利用有限的變形實現其剛度、強度、穩定性與斷裂韌性的全面提升，而這些性能本身則往往體現出相互制約的關系。
(a) 復合結構在受到壓力之后逐漸偏離正應力方向；(b、c) 取向軸的角度偏離微觀、宏觀表述
圖3
原文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201705220
來源：材料前沿科技微信公眾號（ID：clqykj），作者：Mr.Five。
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材料力學與結構仿真的最新內容
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.
本文原刊登于Ansys.com：《Boost Your Ansys Workflow: 5 Tips for Faster, More Accurate Structural Checks》
編輯整理：邱成宇 | Ansys 高級應用工程師
在結構工程中，精度和效率是必須滿足的目標。由于項目變得越來越復雜，能夠在確保符合行業標準的同時簡化工作流程，對于取得成功的結果非常關鍵。
本文將介紹使用
<p>Ansys 持續幫助工程師更高效地解決復雜結構設計與可靠性挑戰，加速產品創新與研發迭代。在2026 R1 新版本中，結構系列產品在效率、精度與工程可信度方面進一步增強：Mechanical 帶來更高效的網格變形與 GPU 感知資源預測能力，LS-DYNA 強化電池熱仿真與多物理場分析，Motion 提升系統級動力學性能，而 Sherlock、Forming 等工具也在電子可靠性與成形分析領域實現全面升級
材料卡片是仿真分析的"基因"，決定了有限元計算結果的精度上限。
在碰撞仿真、NVH分析、產品可靠性評估等場景中，材料參數設置的準確性直接影響仿真的可信度。然而，實驗室提供的原始材料曲線與仿真軟件所需的有效應力應變曲線之間，存在一道需要跨越的轉化鴻溝。本文基于實戰經驗，系統梳理從材料曲線獲取到仿真材料卡片生成的完整流程，供從事CAE工作的工程師參考。
授課時間
2026/5/19（二）-5/20（三）
AM 9:00-PM 16:00
授課地點
上海市嘉定區南翔銀翔路819號中暨大廈18樓1805室
課程講師
訊技光電工程團隊及資深顧問
課程費用
4800RMB/1人次
(課程包含課程材料費、開票稅金、午餐費)
課程簡介
在常規的結構仿真中，我們通常是“已知力，求變形”。但在實際工程中，往往遇到相反的情況：我們知道彈簧需要壓縮多少（比如 2cm），但想知道需要多大的力。
01 案例概述
物理場景：一個四圈半的鋼制彈簧，一端固定，另一端需要拉伸（或壓縮）2cm。
核心目標：求解彈簧達到該變形量時，端部需要施加的載荷大小。
02 軟件設置與詳細步驟
第一步：項目建立與幾何導入
打開
在橡膠產品的設計與仿真中，仿真結果的可靠性，首先取決于輸入的材料模型是否準確。一個僅基于單軸拉伸數據構建的模型，可能嚴重偏離材料在多軸真實受力下的行為，導致剛度、壽命等性能預測錯誤或設計過度保守。
我們提供的系統化測試服務，旨在通過一系列標準試驗，完整刻畫橡膠材料在各種變形模式下的力學響應，為您構建高保真度的仿真模型提供堅實的數據基礎。
全面的超彈本構關系
在橡膠制品（如密封件、輪胎、減震器）的開發中，高精度仿真已成為優化設計、預測耐久性的核心環節。仿真結果的可靠性，根本上取決于輸入材料模型的準確性。
當前行業普遍的痛點在于：傳統的標準測試數據，無法充分表征橡膠在實際復雜工況下的非線性、時間相關與疲勞損傷行為，導致仿真與實物性能存在顯著偏差。
為實現仿真驅動設計，關鍵在于構建一個精準、完備的材料參數體系。這要求測試方案必須超越基礎力學性能范疇
發布日期：2026年3月26日
場景：某主機廠仿真工程師需要完成一款新車型前車門的側面碰撞結構強度仿真，評估車門內板、防撞梁在側碰工況下的應力分布與變形量，為結構優化提供數據支撐。
工具鏈：CAxWorks.PreSys 2026R1（前處理 + 后處理） + Ansys Mechanical（求解器）
操作工程師：李工，CAE仿真工程師
Abaqus復合材料鉚接有限元仿真分析，
上層碳纖維復合材料，內插0厚度cohesive以模擬層間分層，下層AL
自沖鉚接三維模型，動態顯示分析，可提供cae，inp、VUMAT，odb文件，含變形云圖、應力云圖，結果清晰，適合初學者學習參考！
