簡單剪切的案例
基于黃永剛umat的FCC多晶在簡單剪切變形下的有限元分析------案例二 ￥99
基于黃永剛umat的FCC多晶在簡單剪切變形下的有限元分析
1，使用neper軟件生成包含500個晶粒的幾何模型
2，賦予相應的材料參數（基于腳本完成材料的批量賦值）
3，施加相應的邊界條件（X0方向完全固定，X1方向施加Z1方向0.15mm的位移）
4，結果與后處理
5，模型文件見附錄
6，提供材料屬性賦予腳本
平面拉伸（純剪切），簡單剪切
foam, rubber, hyperelastic, hyperfoam, low density foam
https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/pure-shear
https://en.wikipedia.org/wiki/Simple_shear#Simple_shear_stress%E2%80%93strain_relation
Simple shear is a deformation in which parallel planes in a material remain parallel and maintain a constant distance, while translating relative to each other.
https://www.youtube.com/watch?app=desktop&v=srgMoMoHU1A
展開 一款用于生成具有隨機球夾雜物的周期性復合單元的Abaqus插件------SpheroPAK3D
SpheroPAK3D一款適用于Abaqus快速生成球形夾雜和多孔材料的開源Abaqus插件，并施加周期性邊界條件，如拉伸，壓縮，簡單剪切等。基于該插件截面如圖：
支持定義球形夾雜或多空模型，支持孔洞或者球形直徑的定義，邊界條件的施加，以及對應的孔洞或球形夾雜的體積分數。運行后生成夾雜物和多空RVE模型如下：
生成的同時，該模型自動生成周期性邊界條件。值得注意的是由于結構的復雜通常使用的是自由網格劃分算法，該方案通常很難保證相對的兩側單元位置和數量一致，因此該插件使用表面元素 (SFM3D4) 進行網格劃分。通過表面元素與 RVE 單元表面綁定，以強制執行周期性邊界條件。這對于復雜模型使用周期性邊界提供了一個新奇的思路。
插件生成RVE模型的自由網格如圖：
雙層網格用于生曾周期性邊界：
使用Abaqus內置的普通彈塑性本構，施加20%的變形模擬的多孔模型變形（拉伸）后的位移和應力分布分別如圖所示。
相關插件下載鏈接：
https://github.com/YB-LIM/SpheroPAK3D
另外插件也上傳了知識星球，需要討論交流可以加入知識星球。加入知識星球鏈接（微信掃描即可）：
展開 2022 Seed 講座---液化影響評價(Evaluating the Effects of Liquefaction)
2 講座關鍵點
不分章節了，按講座順序總結如下：
(1) 有效應力和液化安全系數FS=CRR/CSR的概念和重要性；
(2) 液化的影響，包括火災和建筑物的移動，參看【地震誘發的6種主要災害(Seismic Hazards Analysis)】
(3) 液化引起位移的機理，包括剪切變形和體積變形；
(4) 噴射物造成的地面損失(Ground Loss due to Ejecta);
(5) 粉土的液化，非常有意思的是，他特別強調了不要使用中國的液化判別準則---Do not use Chinese criteria because % clay-size criterion is not reliable(中國主要以土的粒徑和顆粒含量的質量百分比來判定液化)；使用PI<12 & Wc/LL>0.85判別更合適；
(6) 對高FC的土進行循環測試，使用相對密度Dr表征粉土特征；
(7) 循環簡單剪切試驗和循環三軸試驗，液化后土的重新固結;
(8) 使用Dr檢查非塑性粉土的循環響應；
(9) 發展新的關系式估算Dr，使用Dr估算非塑性土的體積應變;
(10) 液化后誘發的體積沉降，基于CPT的液化地層沉降估算，概率性的CPT液化沉降模型，
(11) 噴射物誘發的沉降，噴射勢指數[Ejecta potential index(EPI)]的計算，使用CPT估算液化噴射嚴重度，提出液化嚴重度數的計算方法[liquefaction severity number(LSN)], 提出液化
力的試算方法[liquefaction Demand(Ld)]以及地層阻力的計算方法[Crust resistance(Cr)]。
展開 
仔細研究ANSYS-workbench的材料庫
03 試驗應力應變數據
定義：單軸試驗數據，雙軸試驗數據，剪切試驗數據，體積試驗數據，簡單剪切試驗數據，單軸拉伸試驗數據，單軸壓縮試驗數據。
04 超彈性
定義：主要有M-R模型，Polynomial模型，Yeoh模型，Ogden模型等。
05 塑性
定義：雙線性等向強化，多線性等向強化，雙線性隨動強化，多線性隨動強化，非線性隨動強化；粘塑性；四種顯示動力學使用材料。
06 蠕變
07 壽命（疲勞）
定義：應力疲勞（高周疲勞），應變疲勞（低周疲勞）
08 強度
定義：拉伸屈服強度，壓縮屈服強度，拉伸極限強度，壓縮極限強度等。
09 墊圈
10 粘彈性
11 形狀記憶合金
12 損傷
13 熱
14 熱能
15 軟磁材料和硬磁材料
16 電
17 脆性材料/顆粒材料
18 狀態方程
19 多孔材料
20 破壞
21 非線性和彈塑性行為
展開 旋轉流變儀-錐板結構
在錐頂角很小的情況下，剪切速率是常數，并且相應的流動為簡單剪切流動。這個結果是從牛頓流體得出的，這里也假設對于粘彈性流體它也成立。因此，一般建議錐頂角應該小于3°。
錐板結構是一種理想的測量結構，它主要的優點在于：
(i)剪切速率恒定，在確定流變學性質時不需要對流動動力學作任何假設。不需要流變學模型；
(ii)測試時僅需要很少量的樣品，這對于樣品稀少的情況顯得尤為重要，如生物流體和實驗室合成的少量聚合物；
(iii)體系可以有極好的傳熱和溫度控制；
(iv)末端效應可以忽略，特別是在使用少量樣品，并且在低速旋轉的情況下。
錐板結構也存在一些缺點，主要表現在：
(i)體系只能局限在很小的剪切速率范圍內，因為在高的旋轉速度下，由于慣性的作用，聚合物熔體不會留在錐板與平板之間。對于低粘度和有輕微彈性的流體，可以使用杯來代替平板，這樣可以得到大的剪切速率；
(ii)對于含有揮發性溶劑的溶液來講，很難消除溶劑揮發和自由邊界帶來的影響。為了減小這些影響的作用，可以在外邊界上涂覆非揮發性流體，如硅油或甘油。但是要特別注意所涂覆的物質不能在邊界上產生明顯的應力；
(iii)對于多相體系，如固體懸浮液和聚合物共混物，如果其中分散粒子的大小和板間距相差不大，就會引起很大的誤差。對于多相體系的最佳選擇是同軸的平行板夾具
(iv)應該避免用錐板結構來進行溫度掃描實驗，除非儀器本身有自動的熱膨脹補償系統。
有時可以使用截頂錐來代替圓錐。使用截頂錐，在實驗上更容易設定校正的間距。截去的部分只局限于中心很小的區域內，因此它對扭矩和法向應力沒有顯著的影響。實驗中應盡量避免使用大的錐頂角以保持剪切流場的均勻。然而，使用很小的錐頂角會帶來實驗上的困難。若錐頂角為1°，則間距的數量級為40μm，因而測量就對間距和校準設置非常敏感。
展開 防塵罩（超彈性材料）分析
支持通過四種試驗方法計算材料常數，分別為純拉伸/壓縮、等雙軸拉伸、純剪切和簡單剪切。
多項式模型和奧格登模型在處理體積壓縮試驗外的試驗數據時，需要假設為非壓縮性材料。
收集的試驗數據應該是工程應變和工程應力。
參考文獻：
來源于網絡，若有不妥之處還請聯系jixie@midasit.com,若侵權可聯系刪除。
END
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多尺度晶體塑性模擬文章推薦
文章中，作者首先通過單元模型分別施加拉伸、壓縮和簡單剪切，生成不同初始織構；隨后將這些織構賦予方管模型，并進行軸向壓潰模擬。
結果表明，雖然不同織構對整體折疊形貌的影響并不總是非常顯著，但對壓潰力–位移曲線、平均壓潰力和能量吸收能力具有明顯影響。尤其是在角部、水平鉸線和錐面等局部大塑性區域，晶粒取向會持續演化，形成不同的局部織構模式。文章還指出，拉伸織構和壓縮織構在不同壓潰模式下表現出不同的吸能優勢，這說明“材料制造歷史”并不是可以忽略的背景信息，而是可能影響結構服役性能的重要因素。
這篇文章對我們的啟發在于：晶體塑性并不只能用于單晶拉伸、RVE 或微觀變形分析，也可以嵌入顯式動力學框架，用于研究真實工程結構中的局部變形、吸能和織構演化。對于高溫合金、鋁合金薄壁件、微尺度構件等問題，如果材料存在明顯織構或晶粒尺度效應，將晶體塑性與結構有限元耦合，能夠提供比傳統本構更豐富的物理信息。
我們可以將我之前推文提到的umat-taylor模型轉化為vumat子程序，進一步使用晶體塑性模型模擬大變形結構尺度材料變形行為。案例展示如下：
初始模型參考文章的設置（上下兩層鋼板，中間為薄殼結構）：
使用通用接觸，摩擦系數設置為0.5，共4000個單元，每個單元包含50個具有不同初始取向晶粒。共20萬晶粒。
邊界條件設置為下端鋼板固定，上端下壓。
模擬結果如下：
應力分布結果：
晶粒1的剪切滑移：
晶粒2的剪切滑移：
晶粒50的剪切滑移：
單元標號5變形結束后的50個歐拉角分布：
展開 熱-彈-黏塑性晶體塑性模型文章推薦
這個模型的優勢在于，它不是簡單地給宏觀應力-應變曲線加一個溫度修正系數，而是從晶體滑移層面描述溫度對材料響應的影響。換句話說，它可以同時分析宏觀應力變化、微觀滑移活動、織構演化、局部應變集中和熱軟化機制。因此，它比普通經驗型熱塑性模型更適合用于多晶材料溫成形模擬。
作者首先利用 AA5754 鋁合金在 25 ℃、148 ℃、204 ℃ 和 232 ℃ 下的單軸拉伸實驗數據標定溫度相關硬化參數。隨后，又預測了 177 ℃ 和 260 ℃ 下的拉伸響應。結果表明，在 25–232 ℃ 范圍內，模型能夠較好描述溫度升高導致的流動應力降低和硬化行為變化；在 260 ℃ 時，模型在較小應變范圍內仍能較好預測，但高應變階段會出現偏差，這可能與動態回復、動態再結晶等高溫變形機制有關，而這些機制并未被該模型顯式考慮。
為了驗證模型的可遷移性，作者進一步進行了不同溫度下的簡單剪切模擬。重要的是，剪切模擬沒有重新標定材料參數，而是直接使用單軸拉伸得到的溫度相關硬化關系。結果顯示，模型能夠較好預測 25 ℃、148 ℃ 和 232 ℃ 下的歸一化剪切應力-剪切應變曲線，說明該硬化參數體系不僅適用于拉伸，也可以推廣到其他加載路徑。
文章還給出幾個有價值的結論。第一，溫度相關硬化參數可以較好預測 AA5754 在溫成形范圍內的變形行為。第二，溫度對織構演化的影響并不顯著，因此在未發生明顯動態回復或再結晶之前，室溫織構演化規律可近似用于高溫模擬。第三，熱軟化函數中指數參數取 4 時，能夠較好描述 AA5754 的溫度軟化行為。第四，溫度相關彈性常數雖然在大塑性應變階段影響有限，但會明顯影響彈性加載、初始屈服和回彈相關問題。
展開 SimulationX仿真應用案例：基于6-DOF位置控制的六足平臺
實際的系統中的組件邊界與仿真模型中的元件及子模型的邊界多數是一致的，因此，模型的變更往往
就是簡單剪切和復制操作。
引述中科院劉維民院士團隊《Chemical Reviews》綜述：力學“協同方法學”如何指導光學膠研發
平面剪切與簡單剪切測試用于量化材料在剪切力作用下的模量與強度，對于評估光學膠在界面錯動或層間應力下的可靠性至關重要。
這些基礎數據不僅是材料篩選與質控的依據，更是構建精準本構模型、進行有限元仿真的必備輸入。
量化“非共價作用”的耗能效率：
動態疲勞裂紋擴展測試
綜述強調，非共價相互作用是分子工程的核心耗散機制。我們的此項測試，通過精確測量裂紋擴展速率（da/dN），能直接量化不同分子設計（如氫鍵密度、離子相互作用強度）在循環載荷下反復斷裂與重建的耗能效率，為評判分子設計方案的長期耐久性提供最直接的實驗證據。
預判“異質結構”的失效起點：
靜態蠕變裂紋擴展與多軸測試
針對綜述中重點提及的異質模量組分與機械互鎖等結構工程策略，靜態蠕變測試能揭示在持續應力下，裂紋是否傾向于在模量過渡區萌生和緩慢擴展。而雙軸十字拉伸測試則能評估異質結構在復雜應力狀態下的各向異性行為，判斷其設計是否真正實現了應力均化。
我司測試獲得的靜態蠕變裂紋擴展測試應力應變曲線
評估“網絡結構”的長期穩定性：
應力松弛測試
無論是分子工程中的交聯劑效應，還是結構工程中的溶劑相調控，最終都影響了聚合物網絡的粘彈性。應力松弛測試能精準捕捉網絡鏈段在恒定形變下的重組與流動特性，預測材料在長期服役中的夾持力保持率，防止因應力松弛導致的粘接失效。
我司測試獲得的應力松弛測試應力應變曲線
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我們的專注：為您揭示材料力學行為的內在邏輯
易瑞博科技團隊源于清華大學在材料力學領域的深厚積累。我們專注于一件事：運用專業的測試與分析手段，幫助您看清從分子/結構設計到宏觀性能與失效的內在邏輯。
展開 
OpenFOAM 4.0后處理命令行接口（CLI）
flowType： 計算并寫入速度場的flowType，其中：-1=旋轉流；0=簡單剪切流；+1=平面拉伸流。
grad:計算場的梯度。
mag：計算場的幅值。
magSqr :計算場的幅值平方。
Randomise:將隨機分量添加到具有指定擾動幅度的場。
turbulenceFields:計算指定的湍流場并將其存儲在數據庫中。
Vorticity:計算渦量場，即速度場的卷曲。
wallShearStress:計算壁面處的剪切應力，將數據輸出為volVectorField。
writeObjects:寫出指定的對象，例如場，存儲在案例數據庫中。
yPlus:計算湍流y+，輸出數據作為yPlus場。
1.2、流率計算
flowRatePatch:通過對patch上的通量求和來計算通過指定面上的流率。對于通量是體積的求解器，流率是體積；其中通量是質量通量，流率是質量流率。
volFlowRateSurface:通過在三角形上插入速度并在表面積分來計算通過指定三角形表面的體積流速。三角形應該很小（<=單元格大小），以獲得準確的結果。
1.3、力和力系
forceCoeffsCompressible：在求解器是可壓縮的情況下（壓力單位為M/(LT2)，例如Pa），通過對指定patch上的力求和來計算升力，阻力和力矩系數。
forceCoeffsIncompressedible: 在求解器不可壓縮（壓力為運動學，例如m^2/s^2)的情況下，通過對指定patch上的力求和來計算升力，阻力和力矩系數。
forcesCompressible: 在求解器是可壓縮的情況下（壓力單位為M/（LT2），例如Pa），計算指定patch上的壓力和粘性力。
展開 ANSYS Workbench橡膠超彈分析及應用實例
3項或多項Mooney-Rivlin模型可描述非常數剪切模量。然而，引入高次項后需小心計算。因其可能會導致不穩定能函數的產生，得到超出試驗范圍的非物理結果。
Gent和Yeoh均指出，高次應變能函數的應用價值很小，因為類橡膠材料的重現性是不足夠的，不允許對大量的參數進行精確的估計。因此，附加項只是用來修正實驗誤差。由于簡單和實用，在FEA中應用最廣泛的應變能函數應該首選Mooney-Rivlin模型，盡管眾所周知它并不精確。
Polynomial Form模型適用的應變范圍與多項式階次N相關，可達300%。
Neo-Hookean模型，其第1個參數等于剪切模量的1/2，而第2個參數為0。這種材料模型又有通常的剪切模量，在單相拉伸中應變直到40%，在簡單剪切中應變直到90% 時，都有很好的相關性。
Yeoh模型與其他高次模型的區別在于，它只依賴于第1個應變常數，經論證當只用來自單軸拉伸試驗的數據時，此模型適合各種不同的變形方式。這就減少了材料試驗的需求條件。低應變下應用此模型時需特別細心。
在簡單拉伸中，Ogden模型可在應變直到700%時還與試驗數據很相符。它還適應非常數剪切模量和輕微壓縮的材料行為。它已經被成功地應用于O 形圈、密封圈和其他工業產品的分析。
ANSYS Workbench參數擬合功能
利用ANSYS提供的線性和非線性回歸算法，用戶可直接輸入超彈材料的試驗數據以獲得其材料參數值，且該功能適用于所有超彈模型。用戶將試驗數據存放在一個文本文件中，可以針對多種超彈模型作曲線擬合，程序同時提供擬合的誤差范數并以圖形的方式顯示試驗數據與所計算的系數之間的關系，以便選取合適的超彈性模型。
展開 快訊！拉德堡德大學《AFM》多軸變形下的纖維狀水凝膠：持久長度是壓縮軟化的主要決定因素
但是，傳統的機械表征方法（簡單的剪切或壓縮
/延伸）通常忽略了體內變形的多軸性。最近
，
拉德堡德大學
Paul H. J. Kouwer
教授團隊
的一項研究強調，
生物聚合物和組織的確顯示出對組合的單軸應變和剪切應變的復雜響應。
相關論文題為
Fibrous Hydrogels under Multi‐Axial Deformation: Persistence Length as the Main Determinant of Compression Softening
發表在《Advanced
Functional
Materials》上。
在這項研究中，使用了一種
合成但仿生的纖維狀水凝膠，該水凝膠基于多異氰酸酯，形成了支鏈半柔性鏈的自組裝網絡，類似于肌動蛋白，膠原蛋白和纖維蛋白等結構生物聚合物的結構網絡。
它的綜合性質允許解耦這些網絡的關鍵參數，并分別了解它們對多軸變形下機械響應的影響。從實驗上發現，
持久長度是生物網絡
的關鍵參數，可調節壓縮狀態下凝膠的軟化：聚合物越硬，網絡在壓縮狀態下軟化的越多。
這項研究提供了對組織行為的見解，這種行為可能只能從合成模型系統中獲得，并且能夠進一步指導新的合成仿生軟材料的設計，這些材料作為可調節的無生物細胞外基質材料的需求量很大。
【主圖見析】
圖1
軸向應變會導致
PIC網絡的架構和機械變化。
a）實驗裝置的表示：水凝膠在流變板之間形成，并被水包圍以允許溶劑流動。施加軸向應變εN，然后施加剪切應變γ來評估機械響應。b）PIC水凝膠（在去離子水中1 mg mL
-1
）的儲能模量G'作為不同ε
N
的振蕩剪切應變的函數。按照慣例，軸向應變的負值用于壓縮，正值用于延伸。
展開 柔性再生碳纖維濕法取向仿真模擬及其復合材料性能研究
2 EDEM-Fluent 耦合模型
在濕法纖維取向工藝中，纖維在漸縮流場中通過液體提供的剪切力完成取向，但纖維在其中的運動過程和形態變化難以觀察。因此，搭建包含纖維和流體的固液兩相流模型，對該過程進行仿真模擬，研究柔性纖維在漸縮流場中的運動規律，對理解纖維的取向機制、提高纖維制品性能具有指導意義。
2.1 柔性纖維模型
再生碳纖維的固液兩相流數值模擬中，為了在仿真模型中模擬柔性纖維、準確描述纖維在流場中的運動特性，本文基于 YAMAMOTO 等[14]開發的珠鏈模型(Bead-chain model)，采用離散元軟件 EDEM 將完整纖維離散化成相互連接的顆粒單元來建立柔性纖維模型。珠鏈模型將纖維離散成一串相互粘結的球體，球體之間的粘合強度由拉伸、彎曲和扭轉常數三個參數定義。通過改變上述三個參數的大小，可以改變球體之間的結合強度，使得每對球體都可以拉伸、彎曲和扭轉，從而改變纖維的柔韌性。
為了便于模型的分析與求解，本文計算和建模基于以下基本假設：① 柔性纖維懸浮在不可壓縮非牛頓流體中；② 流場為簡單剪切流場，且不受纖維運動的影響；③ 纖維直徑均勻、性能一致且在運動中不發生斷裂；④ 忽略纖維的扭轉和相互碰撞。
在珠鏈模型中，單根纖維被離散成 N 個半徑為a 的球體，這些球體排列成一束，并與每個相鄰的球體粘合在一起，組合成一個長度為 2aN、直徑為2a、長寬比為 N 的圓柱形桿。每一對粘合的球體可以通過改變它們的結合距離和結合角度來伸展和彎曲。
施加在一對相鄰的球體 i、j 上的拉伸力 s Fij 取決于兩球體中心的距離 r。
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