形狀記憶合金建模
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
形狀記憶合金建模的視頻教程
Abaqus材料模型-形狀記憶合金彈性本構
一、視頻內容介紹 二、形狀記憶合金彈性本構理論 三、ABAQUS中形狀記憶合金彈性本構參數標定方法 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做記憶合金梁結構的分析，附件包含視頻文件和案例源文件。主要介紹內容如下： 記憶合金材料屬性 材料參數輸入介紹（發生塑性變形） 網格劃分 約束和載荷添加 后處理，結構恢復原狀
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基于UMAT的形狀記憶合金本構（Lagoudas模型）
優點： 可適用于1D、2D和3D問題； 包含多種本構，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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形狀記憶合金建模的實例教程
形狀記憶合金（SMA）能夠在發生大變形后不產生殘余應變（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、生物醫學和結構工程等領域。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 中創建靜力結構系統。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，僅創建1/4 模型。在ANSYS Mechanical 中對幾何體進行網格劃分。
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）能夠在發生大變形后不產生殘余應變（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、生物醫學和結構工程等領域。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 中創建靜力結構系統。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，僅創建1/4 模型。在ANSYS Mechanical 中對幾何體進行網格劃分。
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(如微機電系統或微執行器)中顯示出潛在的應用前景。在熱循環過程中，通過馬氏體相變產生的可逆自發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動器。TWSME的強度和可逆性取決于樣品的微觀結構。目前，在傳感器中的應用主要是在熱循環應力作用下完成。Ti-Ni合金優異的TWSME已經得到了廣泛的研究，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，作為具有超細晶結構之一的Ni-Mn-Ga小尺寸纖維，因其特殊的尺寸和微結構特征表現出與塊體合金、薄帶及薄膜所不同的優異功能或有趣的物理現象，引起了學術界的廣泛興趣與關注。
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(如微機電系統或微執行器)中顯示出潛在的應用前景。在熱循環過程中，通過馬氏體相變產生的可逆自發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動器。TWSME的強度和可逆性取決于樣品的微觀結構。目前，在傳感器中的應用主要是在熱循環應力作用下完成。Ti-Ni合金優異的TWSME已經得到了廣泛的研究，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，作為具有超細晶結構之一的Ni-Mn-Ga小尺寸纖維，因其特殊的尺寸和微結構特征表現出與塊體合金、薄帶及薄膜所不同的優異功能或有趣的物理現象，引起了學術界的廣泛興趣與關注。
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、生物醫學、智能結構等領域應用廣泛。然而，其力學響應涉及奧氏體 - 馬氏體相變的復雜耦合，傳統商用有限元軟件的內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) 基于多尺度本構理論，可復現 SMA 的超彈性循環、形狀記憶效應等關鍵行為；
3) 與實驗數據對比顯示，力 - 位移曲線、應變分布等結果與文獻數據趨勢高度吻合，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（tfv）：描述相變程度的關鍵狀態變量，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，與馬氏體體積分數直接相關。
2.
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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 中創建靜力結構系統。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，僅創建1/4 模型。
文章名稱：《A constitutive model for hcp materials deforming by slip and twinning: application to magnesium alloy AZ31B》
DOI：10.1016/S0749-6419(03)00039-1
在鎂合金晶體塑性建模的發展脈絡里，2003 年 Staroselsky 這篇文章并不是最新的，
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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 中創建靜力結構系統。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，僅創建1/4 模型。
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、生物醫學、智能結構等領域應用廣泛。然而，其力學響應涉及奧氏體 - 馬氏體相變的復雜耦合，傳統商用有限元軟件的內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。
并且我發現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分，這樣的話在仿真形狀記憶效應的時候初始狀態和結束狀態馬氏體體積分數為0，但是其實并不是這樣，請問會不會有問題。
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歷史文化建筑，承載著過去各個時代的文化記憶。無論是保存還是修繕古建筑，都需要將其基本信息進行數字化建檔，為修繕提供精準參考。根據住建部的要求，從2020年開始到2022年，全國需完成歷史建筑100%測繪及系統錄入工作，并且明確鼓勵采用攝影測量、三維激光等新技術來完成。
古建筑實景三維建模與無人機技術的結合正在改變人們對歷史遺跡的認識和體驗。無人機技術的快速發展為古建筑實景三維建模提供了新的可能性
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，在經受機械加載/卸載循環之后，能夠經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
導讀：對于想矯正牙齒的年輕人或者學生，越來越多的人會為了美觀而選擇隱形矯正器（透明牙套），牙科診所一般會為客戶量身定做幾十副牙套，每1-2個星期戴一副，逐漸調整牙齒角度和位置，最終實現牙齒矯正。但是，因為要戴幾十副牙套，不免有些麻煩和浪費。那么有沒有更好的技術方案呢？
2022年2月11日，南極熊獲悉，來自德國、埃及和阿聯酋的研究人員開發了一種新型的4D打印透明牙齒矯正器，與目前市場上的矯正器不同
江南大學青年教師李文兵與哈爾濱工業大學冷勁松院士團隊在《Small》期刊上發表了題為Application and development of shape memory micro/nano patterns的綜述文章，該綜述系統性地介紹了形狀記憶微/納米圖案的類別，對形狀記憶微/納米圖案的制備方法進行了總結
