材料力學(xué)性能分析的案例
COMSOL初始裂紋下隨機(jī)裂紋走向分布模式對材料力學(xué)性能的影響
案例說明
在現(xiàn)實(shí)中的絕大多數(shù)材料并非均質(zhì)，材料內(nèi)部難免會存在一定數(shù)量的缺陷，如微觀孔隙、裂紋等，同時(shí)由于生成工藝的不同這些微損傷可能存在各向異性，本案例提供在微觀裂紋數(shù)目及長度一致的情況下，初始裂紋分布對材料力學(xué)性能的基礎(chǔ)分析。
模擬過程
首先建立隨機(jī)裂紋分布模型，裂紋數(shù)目均為100條，采用四種不同走向的裂紋分布模式：
這里建模用到了CAD隨機(jī)纖維2D插件，分別生成45°相交裂紋、隨機(jī)走向裂紋、豎向走向裂紋、水平走向裂紋。同時(shí)為了方便網(wǎng)格劃分及計(jì)算，通過插件限定裂紋之間保持一定的間距。
模型建立完成后進(jìn)行網(wǎng)格劃分、設(shè)置材料屬性、建立分析。這里為了方便計(jì)算，進(jìn)行固體力學(xué)穩(wěn)態(tài)分析，設(shè)置試件下邊界為固定約束，在上邊界添加相同大小的均布拉力。
進(jìn)行模型分析，查看應(yīng)力結(jié)果：
建模插件：
CAD隨機(jī)纖維2D
展開 直播回顧 | 《材料準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)性能測試及在材料分析中的應(yīng)用》
高分子基復(fù)合材料作為一種新型材料，以其輕量、耐腐蝕及良好的力學(xué)性能等而倍受青睞。由于其優(yōu)良的特性，復(fù)合材料的研究和應(yīng)用得到了極大關(guān)注，目前已被廣泛應(yīng)用于航空航天、電子、汽車及建筑等領(lǐng)域。作為表征材料性能和安全可靠性保證的手段，力學(xué)性能試驗(yàn)方法及其標(biāo)準(zhǔn)化是關(guān)系到推進(jìn)復(fù)合材料應(yīng)用，如新產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)階段通過模流分析進(jìn)行材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、原料選型等。
模流分析是注塑產(chǎn)品前期分析、模具設(shè)計(jì)和注塑成型常用的專業(yè)分析方法，廣泛應(yīng)用于汽車、家電、通訊電子、軍工等模具注塑產(chǎn)品領(lǐng)域。
材料在常溫、靜載作用下的宏觀力學(xué)性能，是進(jìn)行模流分析是必須要確定的力學(xué)參數(shù)。這些力學(xué)性能均需用標(biāo)準(zhǔn)試樣在材料試驗(yàn)機(jī)上按照規(guī)定的試驗(yàn)方法和程序測定，進(jìn)而獲取材料的彈性模量、泊松比等材料性能結(jié)果。
上周四的國高材直播間繼續(xù)上周的“智能注塑之模流分析系列培訓(xùn)課程”的第二節(jié)培訓(xùn)課《材料準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)性能測試及在材料分析中的應(yīng)用》，龐老師向大家從實(shí)驗(yàn)室設(shè)備硬件、軟件和實(shí)驗(yàn)室人員技能精進(jìn)的方法路徑三方面來展開準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)性能培訓(xùn)。
（部分直播PPT，完整版請至課程回看）
本周四的國高材直播間繼續(xù)上周的“智能注塑之模流分析系列培訓(xùn)課程”的第三節(jié)培訓(xùn)課《材料流變性能測試及在材料分析中的應(yīng)用》，龐老師將向大家從實(shí)驗(yàn)室設(shè)備硬件、軟件和實(shí)驗(yàn)室人員技能精進(jìn)的方法路徑三方面來展開材料流變性能培訓(xùn)。
培訓(xùn)時(shí)間：7月8日 17:00
培訓(xùn)大綱：
1. 流變儀的種類及應(yīng)用范圍
2. 設(shè)備選型及管理方法
3. 測試標(biāo)準(zhǔn)及操作介紹
4. 測試影響因素
5.
展開 基于abaqus的各向異性材料的抗拔力學(xué)性能分析
參考文獻(xiàn)
[1] 朱忠漫.干縮裂縫對歷史建筑木結(jié)構(gòu)件受力性能影響的試驗(yàn)研究[D].東南大學(xué)，2015.05.
[2] 楊建福.榫卯結(jié)構(gòu)參數(shù)對其力學(xué)性能的影響[D]. 北京工業(yè)大學(xué)，2017.05.
西南交大《IJP》：異構(gòu)層狀材料微結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能關(guān)聯(lián)的本構(gòu)建模分析
異構(gòu)層狀材料中相鄰層在成分、厚度、晶粒尺寸、晶體結(jié)構(gòu)、晶體取向等方面均可調(diào)可控，因此微結(jié)構(gòu)優(yōu)化具有巨大的空間。與傳統(tǒng)均勻金屬材料相比，異構(gòu)層狀金屬材料可將各組元材料的優(yōu)勢協(xié)同發(fā)揮，兼具輕質(zhì)、高強(qiáng)、高韌、熱穩(wěn)定、抗輻照、耐磨損和抗疲勞等性能，引起了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，并有望作為結(jié)構(gòu)材料應(yīng)于汽車工業(yè)、航空航天和核防護(hù)等領(lǐng)域。
由于具備典型的層狀結(jié)構(gòu)，界面主導(dǎo)的變形機(jī)制和力學(xué)響應(yīng)是異構(gòu)層狀材料研究的重中之重。近年來，針對異構(gòu)層狀材料的制備、表征以及單拉和疲勞性能測試已經(jīng)有豐富的研究成果報(bào)道，然而，層狀材料的本構(gòu)模型研究還相當(dāng)匱乏，材料中的多尺度界面（晶界、層間界面）對宏觀力學(xué)性能的定量影響不清楚，導(dǎo)致材料微結(jié)構(gòu)與宏觀力學(xué)性能缺乏定量關(guān)聯(lián)，限制了材料進(jìn)一步的性能優(yōu)化。
針對上述問題，西南交通大學(xué)“材料本構(gòu)關(guān)系和疲勞斷裂”研究團(tuán)隊(duì)“多尺度材料力學(xué)”研究組張旭教授（https://faculty.swjtu.edu.cn/xu_zhang/）與中國工程物理研究院總體工程研究所趙建鋒助理研究員、德國埃爾朗根紐倫堡大學(xué)的MichaelZaiser教授、西南交通大學(xué)康國政教授、四川大學(xué)黃崇湘教授等合作，考慮層狀材料中晶界和層間界面引入的非均勻變形，基于位錯(cuò)塞積理論引入不同層級的界面對位錯(cuò)的阻礙效果（如圖1所示），導(dǎo)出了幾何必需位錯(cuò)密度和背應(yīng)力演化模型，最終建立了關(guān)聯(lián)層狀材料的微結(jié)構(gòu)與宏觀力學(xué)響應(yīng)的本構(gòu)模型，并對層狀Cu/Cu10Zn材料進(jìn)行了模擬。
圖1.層狀材料中晶界和層間界面處位錯(cuò)塞積示意圖
所建立的本構(gòu)模型可以很好地描述不同晶粒尺寸的均勻晶粒材料以及不同層厚的層狀材料的單軸拉伸響應(yīng)，如圖2所示。
圖2.
展開 
原位納米力學(xué)測試系統(tǒng)——材料微觀力學(xué)性能
材料微觀力學(xué)性能原位測試儀器具有：微觀、原位、復(fù)合載荷、多物理場耦合四大特點(diǎn)，其中復(fù)合載荷、多物理場耦合特點(diǎn)在傳統(tǒng)宏觀力學(xué)測試儀中有應(yīng)用，微觀、原位是不同于傳統(tǒng)宏觀力學(xué)測試試的特點(diǎn)。微觀測試：宏觀測試 傳統(tǒng)力學(xué)測試，（原位納米力學(xué)測試系統(tǒng)）針對的都是宏材尺度試件；微觀測試 微納米級；納米尺度下對試件材料進(jìn)行力學(xué)性能測試；微納米力學(xué)測試相比于傳統(tǒng)的力學(xué)測試在測試精度上有著本質(zhì)的提升，（原位納米力學(xué)測試系統(tǒng)）使得人類可以從更為微觀的理解材料的力學(xué)性能與微觀未知世界。原位：對材料進(jìn)行力學(xué)性能測試中，通過掃描電子顯微鏡等儀器對載荷作用下材料變形損傷進(jìn)行全程動態(tài)監(jiān)測的一種力學(xué)測試新技術(shù)。（原位納米力學(xué)測試系統(tǒng)）原位測試儀器：在顯微成像設(shè)備的腔體內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)材料拉伸/壓縮力學(xué)性能測試的系統(tǒng)；（原位納米力學(xué)測試系統(tǒng)）獲得彈性模量、屈服極限及破壞極限等重要力學(xué)參數(shù)；并結(jié)合顯微成像設(shè)備的圖像記錄功能材料的損傷變形、裂紋產(chǎn)生等力學(xué)行為分析。 （原位納米力學(xué)測試系統(tǒng)）離位測試：試驗(yàn)機(jī)對材料試作進(jìn)行拉伸試樣；由試驗(yàn)機(jī)繪出載荷-伸長曲線，進(jìn)而得到載荷作用下應(yīng)力應(yīng)變曲線圖；拿經(jīng)過拉伸試驗(yàn)的試件去掃描電鏡進(jìn)行放大觀察分析，（原位納米力學(xué)測試系統(tǒng)）電鏡將試件放大到5000倍觀察即是微觀級別，放大到10000倍是納米級別。
納米力學(xué)主要研究納米尺度物質(zhì)的力學(xué)性質(zhì)和動力學(xué)問題，有非常廣泛和重要的科研和應(yīng)用價(jià)值。傳統(tǒng)的力學(xué)系統(tǒng)通常由牛頓力學(xué)描述，（原位納米力學(xué)測試系統(tǒng)）而納米力學(xué)可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)力學(xué)體系無法實(shí)現(xiàn)的功能和動力學(xué)特性，近年來受到了廣泛的關(guān)注。產(chǎn)生超強(qiáng)非線性效應(yīng)和非對稱的振動傳播，（原位納米力學(xué)測試系統(tǒng)）對未來該領(lǐng)域的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究起到了重要推動作用。 眾所周知，胡克定律是支配力學(xué)系統(tǒng)的重要規(guī)律，其可以表述為對于微小的形變，力學(xué)系統(tǒng)的響應(yīng)是線性的。
展開 材料力學(xué)性能
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金屬材料力學(xué)性能檢測
對于脆性材料彎曲試驗(yàn)一般只產(chǎn)生少量的塑性變形即可破壞，而對于塑性材料則不能測出彎曲斷裂強(qiáng)度，但可檢驗(yàn)其延展性和均勻性展性和均勻性。塑性材料的彎曲試驗(yàn)稱為冷彎試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)將試樣加載，使其彎曲到一定程度，觀察試樣表面有無裂縫。
彎曲試驗(yàn)應(yīng)用：1、可以測定灰鑄鐵的抗彎強(qiáng)度?；诣T鐵的抗彎性能優(yōu)于抗拉性能，其抗彎強(qiáng)度是灰鑄鐵的重要力學(xué)性能指標(biāo)。2、可以測定硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度。這些材料加工困難，難易制成拉伸試樣。而彎曲試樣形狀簡單，故利用彎曲試驗(yàn)評價(jià)其性能和質(zhì)量。3、可以測量陶瓷材料、工具鋼的抗彎強(qiáng)度。這些脆性材料測定抗拉強(qiáng)度很困難，且試樣加工也比較困難，因而采用彎曲試驗(yàn)。4可以用來檢測和比較表面熱處理層的質(zhì)量和性能。因彎曲試驗(yàn)對材料表面缺陷敏感。5、可以用來檢測材料在受彎曲載荷下作用下的性能,因?yàn)樵S多機(jī)械零件(如脆性材料制作的刀具等)是在彎曲狀態(tài)下工作的,需要對這些零件進(jìn)行彎曲試驗(yàn)。
3、沖擊試驗(yàn)一種動態(tài)力學(xué)性能試驗(yàn)，主要用來測定沖斷一定形狀的試樣所消耗的功，又叫沖擊韌性試驗(yàn)。
根據(jù)試樣形狀和破斷方式，沖擊試驗(yàn)分為彎曲沖擊試驗(yàn)、扭轉(zhuǎn)沖擊試驗(yàn)和拉伸沖擊試驗(yàn)三種。橫梁式彎曲沖擊試驗(yàn)法操作簡單，應(yīng)用廣。按試驗(yàn)溫度常分為常溫沖擊試驗(yàn)、低溫沖擊試驗(yàn)。韌性是材料承受載荷作用導(dǎo)致發(fā)生斷裂的過程中吸收能量的特性。沖擊吸收功的測量原理為沖擊前以擺錘位能形式存在的能量中的一部分被試樣在受沖擊后發(fā)生斷裂的過程中所吸收。擺錘的起始高度與它沖斷試樣后達(dá)到的大高度之間的差值可以直接轉(zhuǎn)換成試樣在沖斷過程中所消耗的能量，試樣吸收的功稱為沖擊功（Ak）。采用系列沖擊試驗(yàn)，即測定材料在不同溫度下的沖擊吸收功，可以確定其韌脆轉(zhuǎn)變溫度，即當(dāng)溫度下降時(shí)，由韌性轉(zhuǎn)變成脆性行為的溫度范圍，在Ak-T曲線上表現(xiàn)為Ak值顯著降低的溫度。
展開 金屬材料力學(xué)性能檢測
對于脆性材料彎曲試驗(yàn)一般只產(chǎn)生少量的塑性變形即可破壞，而對于塑性材料則不能測出彎曲斷裂強(qiáng)度，但可檢驗(yàn)其延展性和均勻性展性和均勻性。塑性材料的彎曲試驗(yàn)稱為冷彎試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)將試樣加載，使其彎曲到一定程度，觀察試樣表面有無裂縫。
彎曲試驗(yàn)應(yīng)用：1、可以測定灰鑄鐵的抗彎強(qiáng)度?；诣T鐵的抗彎性能優(yōu)于抗拉性能，其抗彎強(qiáng)度是灰鑄鐵的重要力學(xué)性能指標(biāo)。2、可以測定硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度。這些材料加工困難，難易制成拉伸試樣。而彎曲試樣形狀簡單，故利用彎曲試驗(yàn)評價(jià)其性能和質(zhì)量。3、可以測量陶瓷材料、工具鋼的抗彎強(qiáng)度。這些脆性材料測定抗拉強(qiáng)度很困難，且試樣加工也比較困難，因而采用彎曲試驗(yàn)。4可以用來檢測和比較表面熱處理層的質(zhì)量和性能。因彎曲試驗(yàn)對材料表面缺陷敏感。5、可以用來檢測材料在受彎曲載荷下作用下的性能,因?yàn)樵S多機(jī)械零件(如脆性材料制作的刀具等)是在彎曲狀態(tài)下工作的,需要對這些零件進(jìn)行彎曲試驗(yàn)。
3、沖擊試驗(yàn)一種動態(tài)力學(xué)性能試驗(yàn)，主要用來測定沖斷一定形狀的試樣所消耗的功，又叫沖擊韌性試驗(yàn)。
根據(jù)試樣形狀和破斷方式，沖擊試驗(yàn)分為彎曲沖擊試驗(yàn)、扭轉(zhuǎn)沖擊試驗(yàn)和拉伸沖擊試驗(yàn)三種。橫梁式彎曲沖擊試驗(yàn)法操作簡單，應(yīng)用廣。按試驗(yàn)溫度常分為常溫沖擊試驗(yàn)、低溫沖擊試驗(yàn)。韌性是材料承受載荷作用導(dǎo)致發(fā)生斷裂的過程中吸收能量的特性。沖擊吸收功的測量原理為沖擊前以擺錘位能形式存在的能量中的一部分被試樣在受沖擊后發(fā)生斷裂的過程中所吸收。擺錘的起始高度與它沖斷試樣后達(dá)到的大高度之間的差值可以直接轉(zhuǎn)換成試樣在沖斷過程中所消耗的能量，試樣吸收的功稱為沖擊功（Ak）。采用系列沖擊試驗(yàn)，即測定材料在不同溫度下的沖擊吸收功，可以確定其韌脆轉(zhuǎn)變溫度，即當(dāng)溫度下降時(shí)，由韌性轉(zhuǎn)變成脆性行為的溫度范圍，在Ak-T曲線上表現(xiàn)為Ak值顯著降低的溫度。
展開 金屬材料力學(xué)性能和熱處理工藝
金屬材料力學(xué)性能是指金屬材料在外加載荷作用下或載荷與環(huán)境因素（溫度、介質(zhì)和加載速率）聯(lián)合作用下表現(xiàn)出來的行為。
常
見
的
金屬力學(xué)性能如下表所示。
金屬材料力學(xué)性能檢測
拉伸檢測(拉伸試驗(yàn))是指在承受軸向拉伸載荷下測定材料特性的試驗(yàn)方法。
利用拉伸試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)可以確定材料的彈性極限、伸長率、彈性模量、比例極限、面積縮減量、拉伸強(qiáng)度、屈服點(diǎn)、屈服強(qiáng)度和其它拉伸性能指標(biāo)。測定材料在拉伸載荷作用下的一系列特性的試驗(yàn)，又稱抗拉試驗(yàn)。它是材料機(jī)械性能試驗(yàn)的基本方法之一，主要用于檢驗(yàn)材料是否符合規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)和研究材料的性能。拉伸試驗(yàn)可測定材料的一系列強(qiáng)度指標(biāo)和塑性指標(biāo)。強(qiáng)度通常是指材料在外力作用下抵抗產(chǎn)生彈性變形、塑性變形和斷裂的能力。材料在承受拉伸載荷時(shí)，當(dāng)載荷不增加而仍繼續(xù)發(fā)生明顯塑性變形的現(xiàn)象叫做屈服。產(chǎn)生屈服時(shí)的應(yīng)力，稱屈服點(diǎn)或稱物理屈服強(qiáng)度，用σS（帕）表示。工程上有許多材料沒有明顯的屈服點(diǎn)，通常把材料產(chǎn)生的殘余塑性變形為0.2％時(shí)的應(yīng)力值作為屈服強(qiáng)度，稱條件屈服極限或條件屈服強(qiáng)度，用σ0.2表示。材料在斷裂前所達(dá)到的大應(yīng)力值，稱抗拉強(qiáng)度或強(qiáng)度極限，用σb（帕）表示。
塑性是指金屬材料在載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不致破壞的能力，常用的塑性指標(biāo)是延伸率和斷面收縮率。延伸率又叫伸長率，是指材料試樣受拉伸載荷折斷后，總伸長度同原始長度比值的百分?jǐn)?shù)，用δ表示。斷面收縮率是指材料試樣在受拉伸載荷拉斷后，斷面縮小的面積同原截面面積比值的百分?jǐn)?shù)，用ψ表示。條件屈服極限σ0.2、強(qiáng)度極限σb、伸長率δ和斷面收縮率ψ是拉伸試驗(yàn)經(jīng)常要測定的四項(xiàng)性能指標(biāo)。此外還可測定材料的彈性模量E、比例極限σp、彈性極限σe等
展開 復(fù)合材料常用的力學(xué)性能指標(biāo)有哪些？
北京沃華慧通測控技術(shù)有限公司的產(chǎn)品覆蓋多個(gè)領(lǐng)域，包括可靠性測試、力學(xué)測試、智能檢測等，主要設(shè)備如下：
1、力學(xué)測試設(shè)備：用于材料的拉伸、壓縮、彎曲等力學(xué)性能測試，支持高精度數(shù)據(jù)采集和分析。
2、可靠性測試設(shè)備：模擬產(chǎn)品在不同角度和高度下的跌落情況，評估其抗沖擊性能。
3、機(jī)器人集成解決方案：包括手機(jī)自動上下料機(jī)器人、物料巡檢機(jī)器人等，提升產(chǎn)線自動化水平。
金屬材料力學(xué)性能與熱處理工藝知識
金屬材料力學(xué)性能是指金屬材料在外加載荷作用下或載荷與環(huán)境因素（溫度、介質(zhì)和加載速率）聯(lián)合作用下表現(xiàn)出來的行為。
材料力學(xué)性能原子模擬
材料力學(xué)性能原子模擬
金屬材料的高溫力學(xué)性能
在航空航天、能源和化工等工業(yè)領(lǐng)域，許多機(jī)件是在高溫下長期服役的，如發(fā)動機(jī)、鍋爐、煉油設(shè)備等，它們對材料的高溫力學(xué)性能提出了很高的要求。
正確地評價(jià)材料、合理地使用材料、研究新的耐高溫材料，稱為上述工業(yè)發(fā)展和材料科學(xué)研究的主要人物之一。
這期小編給大家介紹材料的高溫力學(xué)性能方面的一些知識。
來源：
復(fù)合材料扭力測試力學(xué)性能研究
在材料科學(xué)與工程領(lǐng)域，復(fù)合材料憑借其優(yōu)異的比強(qiáng)度、比剛度以及可設(shè)計(jì)性等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造、新能源等諸多關(guān)鍵行業(yè)。而在這些應(yīng)用場景中，復(fù)合材料部件往往需要承受不同程度的扭矩作用，其抗扭力學(xué)性能直接關(guān)系到整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全性與可靠性。因此，開展復(fù)合材料扭力測試力學(xué)性能研究具有至關(guān)重要的現(xiàn)實(shí)意義。
復(fù)合材料扭力測試力學(xué)性能研究涵蓋多個(gè)方面的關(guān)鍵內(nèi)容。首先是測試方法的選擇與優(yōu)化。由于復(fù)合材料具有各向異性、層間性能差異大等特性，傳統(tǒng)的金屬材料扭力測試方法并不完全適用。研究人員需要針對復(fù)合材料的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)合適的試樣形狀與尺寸，比如考慮采用管狀試樣以減少應(yīng)力集中，同時(shí)確定合理的加載速率和測試環(huán)境條件，確保測試結(jié)果能夠真實(shí)反映復(fù)合材料在實(shí)際工作狀態(tài)下的抗扭性能。
力學(xué)性能參數(shù)的獲取與分析
通過扭力測試，可以獲取復(fù)合材料的剪切強(qiáng)度、剪切模量、扭轉(zhuǎn)屈服強(qiáng)度等關(guān)鍵力學(xué)參數(shù)。這些參數(shù)是評估復(fù)合材料抗扭能力的重要依據(jù)，也是進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核的基礎(chǔ)。在測試過程中，需要精確測量扭矩與扭轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系，繪制扭矩 - 扭轉(zhuǎn)角曲線，進(jìn)而分析復(fù)合材料在不同扭矩作用下的變形規(guī)律、破壞模式以及能量吸收特性等。例如，觀察復(fù)合材料是發(fā)生層間剪切破壞、纖維斷裂還是基體開裂等，從而深入了解其抗扭失效機(jī)制。
復(fù)合材料扭力性能的因素研究
復(fù)合材料的扭力性能受到多種因素的影響，包括纖維種類、纖維含量與取向、基體材料性能、鋪層方式以及界面結(jié)合強(qiáng)度等。通過系統(tǒng)地改變這些因素，進(jìn)行對比性扭力測試，可以明確各因素對復(fù)合材料抗扭性能的影響程度和規(guī)律。比如，研究發(fā)現(xiàn)纖維取向與扭矩方向一致時(shí)，復(fù)合材料的抗扭強(qiáng)度會顯著提高；而界面結(jié)合強(qiáng)度不足則容易導(dǎo)致層間剝離，降低其整體抗扭性能。
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