涂層模擬的案例
LS-DYNA中自適應(yīng)ISPG方法的最新進(jìn)展及其應(yīng)用--回流焊、膠粘劑流動(dòng)和涂層模擬
此外，還包含非牛頓流體模型，能夠模擬非牛頓粘性流動(dòng)問題
私信回復(fù)“ISPG”可獲取相關(guān)模型及學(xué)習(xí)資料
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文章來(lái)源：Ansys 2023R1網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)，作者：許敬曉博士，ANSYS高級(jí)研發(fā)工程師
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技術(shù)校對(duì)：董驍， Ansys高級(jí)應(yīng)用工程師；整理編輯：俞琴
LS-DYNA中自適應(yīng)ISPG方法的最新進(jìn)展及其應(yīng)用--回流焊、膠粘劑流動(dòng)和涂層模擬
上圖展示了使用ISPG進(jìn)行薄膜涂層的分析案例，圖中使用了軸對(duì)稱的模型。涂層粘性流體初始高度0.1毫米，半徑0.5毫米，設(shè)置接觸角為0.1度。可以看到，由于接觸角非常的小，流體在表面吸附力作用下表面擴(kuò)張成薄薄的一層，最終厚度0.00337毫米，半徑是3.85毫米，厚度與半徑之比非常小。模擬值與理論值誤差小于0.2%，由此可以說(shuō)明ISPG模擬精度非常高。
ISPG可以用非常粗的網(wǎng)格(原來(lái)是z方向的一層單元)精確地預(yù)測(cè)受微小接觸角(甚至0.1°)影響的流體分布，在薄膜涂層模擬中具有很好的應(yīng)用前景。
ISPG進(jìn)行毛細(xì)管的仿真，這同樣是一個(gè)軸對(duì)稱的模型。內(nèi)外兩個(gè)容器，內(nèi)容器半徑0.5毫米，外容器半徑15.5毫米，液體在細(xì)管狀物體內(nèi)側(cè)，在表面張力和壁面吸附力的作用下，液體沿著壁面上升，最終整體形成凹面的形狀。
將仿真得到的最高點(diǎn)壓力和液體高度與理論值做比較，誤差均在1%以內(nèi)，精度表現(xiàn)十分理想。
上圖是使用ISPG模擬包邊工藝過程中的粘膠劑流動(dòng)過程的案例。這是一個(gè)自由表面流動(dòng)問題，需要考慮雙向流固耦合，同時(shí)流動(dòng)長(zhǎng)度與間隙厚度比例較高。
ISPG求解具有以下特點(diǎn)：
LS-DYNA在一個(gè)求解器中集成多物理場(chǎng)分析能力，能夠考慮結(jié)構(gòu)有限元與流體之間的雙向耦合，可用于模擬零部件連接過程中的粘膠劑流動(dòng)過程
ISPG自適應(yīng)技術(shù)，保證網(wǎng)格重劃分過程中的效率和穩(wěn)定性
能夠精確的保持流體的體積，從而準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)工藝缺陷
潛在的應(yīng)用包括捕捉包邊過程中的回彈效應(yīng)
上圖可以看到，中間粘膠上下各有一塊金屬板材，金屬板材往下移動(dòng)推動(dòng)粘膠沿著板材表面延展擴(kuò)張并最終溢出，粘膠厚度逐漸變薄。左圖展示了包變的幾何形狀和LS-DYNA模型截面示意圖，D為粘膠中心到包邊距離。
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平面和曲面各向異性涂層的模擬與分析
摘要
VirtualLab Fusion 能夠在光學(xué)元件的表面添加雙折射涂層，即各向異性介質(zhì)層，以利用光學(xué)系統(tǒng)中偏振控制和多路復(fù)用的額外自由度。 在這個(gè)例子中，我們介紹了這個(gè)特性——在表面上添加各向異性涂層——并分別研究了 lambda/4 涂層在平面和曲面上的偏振轉(zhuǎn)換。
平面四分之一波片涂層
系統(tǒng)構(gòu)建塊 – 光源
系統(tǒng)構(gòu)建塊 – 涂層表面
四分之一波片的偏振轉(zhuǎn)換
菲涅耳效應(yīng)偏差的影響
平面四分之一波片涂層
另一個(gè)可能影響偏振轉(zhuǎn)換的附加效應(yīng)是入射角。 由于場(chǎng)分量在板平面上的投影，所得偏振態(tài)將隨著角度的增加而變得更加橢圓。
曲面上的四分之一波片涂層
文件信息
展開 平面和曲面各向異性涂層的模擬與分析
摘要
VirtualLab Fusion 能夠在光學(xué)元件的表面添加雙折射涂層，即各向異性介質(zhì)層，以利用光學(xué)系統(tǒng)中偏振控制和多路復(fù)用的額外自由度。 在這個(gè)例子中，我們介紹了這個(gè)特性——在表面上添加各向異性涂層——并分別研究了 lambda/4 涂層在平面和曲面上的偏振轉(zhuǎn)換。
平面四分之一波片涂層
系統(tǒng)構(gòu)建塊 – 光源
系統(tǒng)構(gòu)建塊 – 涂層表面
四分之一波片的偏振轉(zhuǎn)換
菲涅耳效應(yīng)偏差的影響
平面四分之一波片涂層
另一個(gè)可能影響偏振轉(zhuǎn)換的附加效應(yīng)是入射角。 由于場(chǎng)分量在板平面上的投影，所得偏振態(tài)將隨著角度的增加而變得更加橢圓。
曲面上的四分之一波片涂層
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進(jìn)一步閱讀
- VirtualLab Fusion 中的光學(xué)各向異性介質(zhì)
- 軸晶體中的錐形折射
- 單軸晶體中的偏振轉(zhuǎn)換
展開 磨料水射流侵蝕飛機(jī)葉片陶瓷涂層SPH-FEM耦合模擬 ￥30
效果圖.png
應(yīng)力圖3.png
應(yīng)力圖2.png
應(yīng)力圖.png
應(yīng)力圖4.png
刀具切削
有用ABAQUS模擬涂層刀具切削的嗎，大家留個(gè)聯(lián)系方式交流一下啊！
基于ABAQUS的AlN絕緣涂層磨損機(jī)理仿真研究
張志宏等[6]采用Archard磨損模型，分析了槍管涂層的磨損量和磨損狀態(tài)的分布。李靜等[7]基于Archard磨損模型開發(fā)了用于自潤(rùn)滑軸承磨損子程序，分析了自潤(rùn)滑軸承在運(yùn)行過程中襯套的長(zhǎng)時(shí)間磨損情況。周旭等[8]基于軸承力學(xué)分析模型和Archard磨損模型，分析了軸承的磨損特性并提出了一種用于軸承磨損壽命的分析方法。B.Subramanian等[9]采用直流反應(yīng)磁控濺射法在低碳鋼上制備了氮化鋁涂層，通過環(huán)塊法摩擦磨損實(shí)驗(yàn)分析了涂層的摩擦磨損性能。Lin等[10]采用非平衡磁控濺射法制備了CrN/AlN超晶格涂層，通過球盤式摩擦磨損實(shí)驗(yàn)測(cè)試了涂層的耐磨性能，分析了分子層周期與涂層性能的關(guān)系。
本文采用Archard磨損模型與Johnson-Holmquist陶瓷損傷模型，基于ABAQUS構(gòu)建了有限元模型來(lái)模擬氮化鋁涂層的摩擦磨損。通過摩擦磨損實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行修正，結(jié)合仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析了氮化鋁涂層的磨損去除機(jī)理，對(duì)以后的研究和生產(chǎn)應(yīng)用具有重要意義，對(duì)絕緣軸承技術(shù)的發(fā)展具有促進(jìn)作用。
1 有限元模型
1.1 幾何模型
為了保證有限元分析的計(jì)算效率，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化，為了便于模型的建立，將滾動(dòng)摩擦簡(jiǎn)化為滑動(dòng)摩擦，見圖1，為了減少運(yùn)算時(shí)間，利用ABAQUS軟件僅建立了滾動(dòng)體的1/8和涂層材料基體。滾動(dòng)體材料為Gcr15軸承鋼，直徑為3 mm。氮化鋁材料尺寸20mm×20mm×2mm。按照摩擦磨損試驗(yàn)臺(tái)的實(shí)際裝配情況，基體完全固定，滾動(dòng)體只保留摩擦方向的自由度。載荷垂直于基體，滾動(dòng)體與基體兩者建立面面接觸，法向接觸設(shè)置為硬接觸，切向接觸設(shè)置為定摩擦系數(shù)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，滾動(dòng)體與涂層基體之間的摩擦系數(shù)取平均值0.3。
展開 氫燃料電池雙極板材料工藝分析
上述研究表明，不銹鋼氣體表面堆積多層金屬氮化物涂層后，改性陽(yáng)極板具有較高的耐蝕性。
具有較致密的層結(jié)構(gòu)和較強(qiáng)的力學(xué)性能，具有一定的商業(yè)推廣價(jià)值。
三、聚合物涂層表面改性
通過電化學(xué)沉積法，在316L不銹鋼陽(yáng)極板表面沉積了聚苯胺電鍍層。在模擬燃料電池環(huán)境下在中執(zhí)行動(dòng)作電位測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，涂層陽(yáng)極板的性能明顯優(yōu)于未涂層陽(yáng)極板的性能。是實(shí)驗(yàn)證。事實(shí)上，聚苯胺薄膜是防止腐蝕環(huán)境內(nèi)滲的有效屏障。
鈦雙極表面沉積了Ni-P /TiN/PTFE涂層。模擬燃料電池環(huán)境下恒電位極化5小時(shí)變形的雙極板腐蝕電流密度為0.48 a/cm2 [腐蝕電位-0.16伏(vs.she)]，接觸角和接觸電阻分別為112.4和5.2米 cm2。聚合物改造的陽(yáng)極板的耐蝕性都有所提高，可以做到。雖然足以滿足美國(guó)能源部的要求，但機(jī)械性能和實(shí)際工作環(huán)境中的耐久性仍有待考察。
通過上述研究，可以通過表面涂層及表面合金化等表面改性手段提高不銹鋼的耐蝕性，減少表面接觸阻力，使不銹鋼陽(yáng)極板滿足燃料電池的應(yīng)用。
隨著燃料電池技術(shù)的成熟，其應(yīng)用領(lǐng)域不再局限于宇宙、國(guó)防等，而是逐漸向汽車、家庭移動(dòng)、擴(kuò)大小型發(fā)電站等民間領(lǐng)域。為了與鋰、超級(jí)電容器等儲(chǔ)能技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)，必須減少燃料電池的成本。
對(duì)于不銹鋼雙極板的表面改性技術(shù)，如何在保證不銹鋼性能的同時(shí)控制制造工藝？波恩、規(guī)模化、大規(guī)模生產(chǎn)將成為未來(lái)的主要發(fā)展方向。
表面涂層技術(shù)對(duì)設(shè)備要求很高。特別是表面電鍍貴金屬層的成本太高，難以滿足大容量、低成本。本不銹鋼陽(yáng)極板的表面?zhèn)€性表面合金化是一種合金元素，與表面涂層技術(shù)相比，設(shè)備要求低，可用。選擇范圍廣，能更好地控制成本，便于大規(guī)模生產(chǎn)。此外，表面合金變質(zhì)層和襯底冶金黃金組合沒有涂層脫落的危險(xiǎn)，壽命更長(zhǎng)。因此，表面合金化技術(shù)有望成為燃料電池不銹鋼鋼雙極板表面改性的有效方法。
展開 
ZEMAX | 如何設(shè)計(jì)一個(gè)光譜儀 – 雜散光分析
這一結(jié)果與在序列模式下進(jìn)行的光譜儀模擬很一致（參見知識(shí)庫(kù)文章“ 如何設(shè)計(jì)光譜儀 - 實(shí)際應(yīng)用 ”）。
圖中的文本部分還顯示了到達(dá)探測(cè)器的總功率，光源的 100 W 中接收到了59 W，這個(gè)結(jié)果也是合理的，因?yàn)?25% 的功率在衍射光柵上損失了。因此大約 20% 的損耗是由于透鏡和探測(cè)器上光束聚焦程度有限造成的，這一結(jié)果也與在序列模式下進(jìn)行的光譜儀模擬相一致。
本文接下來(lái)的兩部分將討論如何檢查與透鏡反射有關(guān)的雜散光以及在探測(cè)器上聚焦限制，為此我們?cè)诠庾V儀上增加了一個(gè)簡(jiǎn)單的封裝。
進(jìn)行簡(jiǎn)單封裝
即將添加到光譜儀上的封裝有兩個(gè)用途：
它會(huì)阻止光線橫向散射。
它將作為一個(gè)探測(cè)器來(lái)檢測(cè)哪個(gè)部分的光散射最嚴(yán)重。
封裝設(shè)計(jì)將是十分粗略的，但比較適合測(cè)量雜散光且接近現(xiàn)實(shí)封裝的形式。在非序列元件編輯器的末端添加如下六行，分別為透鏡周圍的兩個(gè)圓柱體（模擬套筒）、套筒末端的兩個(gè)圓形表面和衍射光柵附近的兩個(gè)矩形表面：
此外，我們?cè)谔綔y(cè)器的所有表面開啟涂層和散射功能（物體 16 到 21）。在這些設(shè)置下，95% 的入射光被吸收，1% 是鏡面反射，4% 是 郎伯分布 (Lambertian distribution) 形式的背向散射。這些是吸光的滅光材料的典型參數(shù):
修改物體 16 - 21 為探測(cè)器：
非序列3D布局圖 (NSC 3D Layout) 展示了大部分被封裝吸收的光線：
用評(píng)價(jià)函數(shù)來(lái)輔助計(jì)算功率
非序列3D布局圖 (NSC 3D Layout) 只是對(duì)雜散光的定性評(píng)估。如果還想得到強(qiáng)度分布的定量值，可以評(píng)價(jià)函數(shù)計(jì)算這些值。
展開 具有耐候性的超薄輻射制冷技術(shù)
然而在一些輻射制冷技術(shù)應(yīng)用的場(chǎng)景中，如：將輻射制冷涂料涂在建筑物、通信基站等外表面實(shí)現(xiàn)日間被動(dòng)式制冷，這實(shí)現(xiàn)了很好的節(jié)能效果，但較厚的涂層，不僅會(huì)增加材料成本，而且會(huì)增加傳熱熱阻，對(duì)散熱產(chǎn)生影響；此外，由于涂層長(zhǎng)期暴露在室外，需要考慮其使用壽命，對(duì)戶外不同氣象參數(shù)下（如：下雨、灰塵等）具有較好的耐候性，從而保證其性能。對(duì)于日間輻射制冷涂層，其關(guān)鍵在于如何在有限厚度下實(shí)現(xiàn)較高的太陽(yáng)光反射和中紅外發(fā)射率，并具有良好的耐候性。
02
成果掠影
近期，中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院陳梅潔副教授、閆紅杰教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種超薄、可擴(kuò)展的耐候日間輻射制冷涂層。在該研究中，所設(shè)計(jì)的輻射制冷涂層在紫外線照射模擬、泥土污染模擬以及灰塵污染模擬實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出了優(yōu)異的耐候性，在150 μm厚度下，涂層能夠?qū)崿F(xiàn)0.963的太陽(yáng)光波段平均反射率和0.927的中紅外波段平均發(fā)射率，表現(xiàn)出優(yōu)異的制冷性能；最后通過拓展到3D結(jié)構(gòu)上，耦合對(duì)流換熱過程，極大提升了涂層散熱性能，表明所設(shè)計(jì)的輻射制冷涂層在實(shí)際制冷與散熱應(yīng)用中的可行性。研究成果以“Thin paints for durable and scalable radiative cooling”為題發(fā)表于《Journal of Energy Chemistry》。
展開 全頻域聲學(xué)仿真分析軟件Wave6行業(yè)應(yīng)用
航空航天與國(guó)防
l 飛機(jī)、旋翼飛機(jī)和電磁場(chǎng)的內(nèi)部噪音
l 機(jī)身阻尼處理的優(yōu)化,考慮到壓力、應(yīng)力加勁和非均勻溫度
l 隔聲器和音響包的設(shè)計(jì)
l 語(yǔ)音傳輸率和語(yǔ)音清晰度全頻譜模型的設(shè)計(jì)
l 地面人員接觸噪音的全頻譜評(píng)估方法
l 發(fā)動(dòng)機(jī)船艙內(nèi)襯設(shè)計(jì),考慮不均勻溫度、壓力、密度和平均流量
l 非均勻平均流環(huán)形管道事故聲波源模型
l 推進(jìn)器噪聲源模型,既考慮厚度,也考慮負(fù)載噪聲,內(nèi)部和外部聲學(xué),包括輸入非定常時(shí)域CFD數(shù)據(jù)
l 環(huán)境控制系統(tǒng)中的噪聲源、傳播和衰減模型
l 采用嚴(yán)格的波傳播和散射模型對(duì)機(jī)身和整流罩進(jìn)行先進(jìn)的基于波的SEA建模
l 航天器和運(yùn)載火箭的聲學(xué)鑒定測(cè)試
l 用于航天器和運(yùn)載火箭大型全耦合有限元邊界元模型的先進(jìn)加速邊界元方法，包括在現(xiàn)代高性能計(jì)算(HPC)集群上求解大型模型
l 廣泛的負(fù)載庫(kù)，用于模擬來(lái)自起飛，氣動(dòng)載荷和隨機(jī)漫射聲場(chǎng)激勵(lì)的激勵(lì)
l 先進(jìn)的揚(yáng)聲器和揚(yáng)聲器陣列模型,用于建模直接場(chǎng)聲測(cè)試,包括來(lái)自聲學(xué)研究系統(tǒng)的集成校準(zhǔn)揚(yáng)聲器
l 沖擊源和沖擊響應(yīng)全光譜建模的新方法,包括煙火裝置和脆性接頭建模、通過建立結(jié)構(gòu)進(jìn)行沖擊傳播和衰減以及敏感部件的沖擊響應(yīng)特性描述
船舶及近海工程
l 船舶和潛艇噪聲和振動(dòng)的全譜系統(tǒng)級(jí)模型
l 通過主路徑和側(cè)翼路徑對(duì)船體結(jié)構(gòu)的噪聲和振動(dòng)建模
l 管道系統(tǒng)中流體傳播波的建模
l 模擬齒輪箱和泵的聲輻射
l 設(shè)計(jì)隔離和吸收,以盡量減少來(lái)自機(jī)械部件的空氣和結(jié)構(gòu)噪音
l 水下輻射噪聲計(jì)算重載效應(yīng)的系統(tǒng)和分量級(jí)模型
l 聲納系統(tǒng)建模，包括聲納自噪聲
l 模擬大型涂層船體結(jié)構(gòu)的聲散射,包括多重散射的影響
l 確保豪華游輪和游艇的內(nèi)部安靜
交通運(yùn)輸
l 動(dòng)力總成組件的聲輻射
展開 HFSS幫助提供創(chuàng)新的通信和網(wǎng)絡(luò)解決方案
Chemring利用 ANSYS HFSS來(lái)模擬組件和系統(tǒng)的電磁行為，與構(gòu)建和測(cè)試方法相比，可以評(píng)估更多的設(shè)計(jì)備選方案。最終結(jié)果是，與使用傳統(tǒng)程序相比，該團(tuán)隊(duì)能夠在更短的時(shí)間內(nèi)開發(fā)出更具創(chuàng)新性、更穩(wěn)健的設(shè)計(jì)。
助聽器控制器
在Chemring Technology Solutions，400名工程師運(yùn)用他們的技術(shù)知識(shí)解決雷達(dá)和無(wú)線技術(shù)、電子和移動(dòng)通信以及軟件工程等不同市場(chǎng)的難題，從金融和運(yùn)輸?shù)诫娦藕桶踩hemring 工程師最近協(xié)助設(shè)計(jì)了 Starkey Hearing Technologies 的 SurfLink Mobile 無(wú)線助聽器控制器。該控制器支持藍(lán)牙設(shè)備（例如智能手機(jī)）和無(wú)線助聽器之間的雙向立體聲音頻流。最大的挑戰(zhàn)是為設(shè)備的藍(lán)牙和900MHz無(wú)線電實(shí)現(xiàn)50%的輻射效率目標(biāo)，結(jié)果是設(shè)備產(chǎn)生的無(wú)線電信號(hào)功率至少有一半傳輸?shù)綗o(wú)線電波中。工程師使用3D打印機(jī)、FR4電路板材料和銅帶構(gòu)建了一個(gè)粗略的物理原型；他們還使用 ANSYS HFSS對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行了仿真。粗略的原型測(cè)量和模擬符合良好，并預(yù)測(cè)在900 MHz時(shí)輻射效率為80%。但是，當(dāng)工程師們使用實(shí)際組件建造一個(gè)真正的原型時(shí)，測(cè)量結(jié)果顯示效率不到25%。
圖1. 使用ANSYS HFSS模擬ITO涂層覆蓋全屏控制器（頂部）預(yù)測(cè)效率為24%到29%。
HFSS模擬去除8.5mm的控制器（底部）預(yù)測(cè)效率為66%到70%
較低的輻射效率很快被追蹤到觸摸屏傳感器，它吸收了大約4.5dB。工程師們注意到觸摸屏上的氧化銦錫（ITO）涂層物理延伸到屏幕的頂部和底部邊緣，而不僅僅是在活動(dòng)表面上———這是HFSS 模型中假設(shè)的一個(gè)參數(shù)。工程師對(duì)仿真模型進(jìn)行了這一更改，結(jié)果顯示效率下降了25%（匹配上了實(shí)驗(yàn)值并驗(yàn)證了HFSS對(duì)這類模擬的準(zhǔn)確性）。
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