材料塑性仿真的案例
Ls-Dyna塑性材料沖擊破碎仿真評估 附ls-dyna中常用彈塑性材料卡片的設置方法及要點下載
一、模型構建
本文采用殼體網格進行仿真，為節約計算量，下方墻體設置為單一單元，上方沖擊板與墻體呈45°。
基于塑性材料的金屬冷成型仿真
--- 理解塑性 ￥5
本案例對彈性和塑料材料進行了對比模擬。
力學仿真 | 塑性材料卡片仿真準確性提升方法分享
不同材料在不同環境條件下會展現出千變萬化的形態與復雜多面的行為屬性。汽車行業采用的材料豐富多樣，從常見的塑料、金屬到最近炙手可熱的輕質高強復合材料。此外，汽車的結構與零部件復雜而精密，且應用在不同的部位，以多樣的拓撲形狀，因此所使用的材料也需要體現出完全不同的特性。
材料卡片是指包含了模擬仿真所需的所有材料性能數據的集成文件，可直接導入汽車研發時應用的仿真軟件進行使用。獲取可靠的材料卡信息能顯著提高仿真結果的準確性。
國高材分析測試中心具備成熟的高分子材料材料卡片制作技術經驗，可依照標準材料卡片制作流程，進行樣品制備和相關性能測試，如在高低速應變率下，結合非接觸式數字圖像相關（DIC）測量方法，精準獲取在拉伸、剪切及壓縮等試驗下的高分子材料參數，并依照常用的商業仿真軟件格式來整合材料特性參數，保證這些材料特性參數可順利應用于各類仿真軟件，為仿真結果的準確性保駕護航。
國高材分析測試中心制作材料卡片涉及的材料特性參數與設備。
1 單軸拉伸試驗
在碰撞仿真模擬當中，不同應變速率下的應力應變曲線至關重要。通過準靜態拉伸試驗可以獲得屈服強度、斷裂伸長率、彈性模量等關鍵參數。
泊松比是高分子材料的彈性常數，也被稱為橫向變形系數。在材料進入彈塑性變形階段后，泊松比不再被視為常量，而是與應變相關的函數。為了獲得泊松比隨塑性應變曲線，需要將DIC輸出的曲線與力學試驗機輸出的處理后的真實應力-真實塑性應變曲線相結合。這樣可以得到準靜態拉伸過程中泊松比隨塑性應變曲線。
通過簡單的準靜態拉伸試驗，可以觀察到在不同應變速率下，高分子材料在屈服強度、彈性模量等參數上存在明顯的差異。在高速變形情況下，這種差異將進一步放大。
展開 晶體塑性有限元仿真入門(2)--BCC、FCC、HCP晶格材料以及多相材料的有限元模擬
晶體塑性有限元仿真入門(2)--BCC、FCC、HCP晶格材料以及多相材料的有限元模擬
這篇文章講解如何使用晶體塑性有限元方法(CPFEM)進行不同晶格材料以及多相材料的變形模擬，CPFEM是基于商業有限元軟件ABAQUS完成的建模，晶體塑性本構模型是使用的開源的UMAT用戶子程序(源碼和inp文件見附件)。采用CPFEM模擬了面心立方結構(FCC)、體心立方結構(BCC)和密排六方結構(HCP)的單晶、多晶及多相材料受到外部載荷時的力學響應。基于滑移原理的晶體變形理論，隨著變形的進行各滑移系統的臨界剪應力都會增大，CPFEM將捕捉到材料的力學響應(應力-應變曲線)。這些應力-應變數據有助于從根本上理解晶粒尺度下金屬變形的性質。
首先我們從一個簡單的FCC晶格材料的例子入手，講解如何進行有限元模型的創建，從完全新手的角度出發，一步步講解如何建模，賦予材料和處理仿真結果。
本文章包括以下八個部分：
1) FCC晶格材料的變形模擬-單晶體
2) FCC晶格材料的變形模擬-多晶體
3) BCC晶格材料的變形模擬-單晶體
4) BCC晶格材料的變形模擬-多晶體
5) HCP晶格材料的變形模擬-單晶體
6) HCP晶格材料的變形模擬-多晶體
7) 多相材料的變形模擬
8) 參考資料
1. FCC晶格材料的變形模擬-單晶體
幾何模型
如圖1.1a在草圖里繪制R0.015mm的圓形，拉伸0.05mm，最后得到如圖1.1b所示的圓柱體(R0.015mm&H0.05mm)。
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Workbench仿真塑性材料拉伸力學實驗
在結構有限元分析中很多情況只需要考慮材料的線彈性階段。但有時設計人員希望能充分發揮材料的極限性能，就需要考慮材料的屈服和強化階段。本實例利用有限元仿真分析方法模擬材料力學性能實驗，針對塑性材料力學性能有限元仿真有一定的參考意義，希望能幫到大家。
【溫故知新】
大家可還記得材料力學中的力學性能測試試驗？忘了的朋友趕緊腦補去…
復習好了哇？直接上實驗結果...似曾相識？J
塑性材料應力應變曲線
注：在ANSYS有限元程序中默認比例極限等于屈服極限。
1
幾何模型與網格
試樣最小截面直徑10mm。網格劃分如下(網格粗糙，演示用)。
2
材料參數
楊氏模量2E11 Pa，泊松比0.325，屈服極限350Mpa，強度極限516Mpa。塑性階段采用Multilinear Kinematic hardening(多線性隨動強化模型)材料本構關系模型，用列表形式輸入應力與塑性應變。材料參數設置截圖如下。
在實際工程項目中為得到較為準確的材料屬性，可用電子拉力機對小試件做力學性能試驗來確定的。通過試驗可以得到上述材料應力應變曲線圖。
展開 WB案例分享-塑性材料拉伸試驗仿真案例 ￥1
https://mp.weixin.qq.com/s/SR--sMBarmpFKWiebEe6eQ
單軸拉伸試驗是了解大多數材料并獲得應力和應變之間關系的主要方法。可以使用可塑性模型，并且可以在AnsysWorkbench中看到拉伸棒試樣的較大應變頸縮。 對標準試棒零件進行塑性材料進行拉伸模擬仿真。
此示例說明了拉伸試條的頸縮。介紹了多線性各向同性硬化塑性模型，并給出了驗證仿真結果的過程。
設計仿真 | Digimat用于碰撞、沖擊模擬熱塑性塑料材料解決方案
這證明Digimat材料卡片能夠使我們的客戶能夠獲得準確的模擬結果。
Envalior是熱塑性材料科學的全球領導者，提供全套一流的熱塑性塑料材料解決方案和全球應用開發支持。通過創新和市場領先的可持續產品，我們讓創意變為現實。我們推動進步，建設一個更美好、更環保的世界。這只能通過與我們的客戶和利益相關者的深度合作來實現，他們對更美好的未來有著共同的愿景。我們的產品和創新的新材料通道是可持續的、有目的的和循環的，旨在讓世界變得更美好。在不斷變化的環境中，許多挑戰有待解決，但我們相信，我們的高性能、安全和輕便的解決方案將塑造新移動、先進電氣和電子以及許多其他行業的未來。
展開 Ls-Dyna中MAT24（分段線性塑性材料/彈塑性材料）
碰撞模擬中最常用的彈塑性材料。卡片參數設置如下：
MID：材料標識；
RO：質量密度；
E：楊氏模量；
PR：泊松比；
SIGY：屈服應力；
ETAN：切線模量；
FAIL：失效標識；
TDEL：自動單元刪除的最小時間步長；
C：應變率參數C；
P：應變率參數P；
LCSS：負載曲線或者表格ID；
LCSR：應變率變化曲線對屈服應力影響的表格ID；
VP：應變率公式；
EPS1-EPS8：有效塑性應變值；
ES1-ES8：EPS1-EPS8對應額屈服應力值；
第三屆熱塑性復合材料國際研討會-江蘇君華特塑攜連續CF/PEEK熱塑性復合材料參加
第三屆熱塑性復合材料國際研討會
江蘇君華特塑攜連續CF/PEEK熱塑性復合材料參加
2021年11月25上午，第三屆熱塑性復合材料國際研討會在上海拉開帷幕，以“高性能熱塑性復合材料助力中國大飛機輕盈翱翔”為會議主題。來自國內外行業企事業單位、大學及科研院所的代表200余人參加會議，其中171位代表來到與會現場。
研討會由中國商飛、中航復合材料有限責任公司、四川大學、北京航空航天大學、中航工業五家單位共同主辦，由國際先進材料與制造工程學會（SAMPE）北京分會承辦。
01、CFRTP研討會
▲ 開幕式主持人：肖輝江主任，中國商飛
中國商飛肖會江主任發表開幕式祝詞。肖主任表示，熱塑性復合材料已成功應用于A380、A350等飛機的機翼前緣、機身連接角片等結構，近年來逐漸向主承力、大部件等結構驗證快速發展，熱塑性復合材料、設計和工藝技術的突破也日新月異，應用前景廣闊。
▲ 楊洋研究員，中國商飛，熱塑性復合材料制造工藝及應用
肖主任指出：“熱塑性復合材料是一個涉及到專用樹脂、專用纖維、專用裝備、預浸料制備、復材成型、制件連接、結構設計、壽命預測以及部件回收的一個巨大產業網絡，任何的單點突破都不足以推動整個產業鏈的前進。因此，只有產業鏈上下游單位攜手，共同努力，產學研共同融合，才能實現我國高性能熱塑性復合材料的整體發展，助力中國大飛機輕盈翱翔。”
中國商飛劉傳軍博士、中國科學院大連化學物理研究所周光遠博士、GKN航空FOKKER航空結構公司民用航空機身全球研發主任安特·奧弗瑞葛博士做特邀報告。
展開 晶體塑性有限元仿真入門(1)--開源子程序Huang's UMAT及代表性體積單元的創建
晶體塑性有限元仿真入門(1)--開源子程序Huang's UMAT及代表性體積單元的創建
這篇文章講解晶體塑性有限元仿真入門知識，從完全新手的角度出發，一步步講解如何建模，賦予材料和處理仿真結果。
首先從一個簡單的彈塑性材料模型例子入手，講解如何進行代表性體積單元的創建。
1. 代表性體積單元的創建(彈塑性材料模型)
幾何模型
如圖1.1a在草圖里繪制0.5mm*0.5mm的正方形，拉伸0.5mm，最后得到如圖1.1b所示的代表性體積單元。
圖1.1 a) 草圖里繪制0.5mm*0.5mm的正方形 b) 代表性體積單元
材料模型
彈塑性材料模型的具體參數如下：
圖1.2 a) 材料的彈性參數 b) 材料的塑性參數
步長設置
步長設置的具體參數如下：
圖1.3 步長設置參數
邊界條件
具體邊界條件如下：原點全約束，三個面對稱約束，x方向位移20%。
圖1.4 邊界條件設置參數
網格劃分
默認大小0.05進行網格劃分：
圖1.5 網格設置參數
后處理界面
應力應變分布：
圖1.6 后處理應力應變分布
2. 代表性體積單元的創建(晶體塑性材料模型)
幾何模型
如圖2.1a在草圖里繪制0.5mm*0.5mm的正方形，拉伸0.5mm，最后得到如圖2.1b所示的代表性體積單元。
圖2.1 a) 草圖里繪制0.5mm*0.5mm的正方形 b) 代表性體積單元
材料模型
晶體塑性材料模型的具體參數如下：
圖2.2 設置材料參數
步長設置
步長設置的具體參數如下：
圖2.3 步長設置參數
邊界條件
具體邊界條件如下：原點全約束，三個面對稱約束，x方向位移20%。
展開 Moldex3D模流分析之熱固性材料與熱塑性材料的區別
熱固性材料
熱固性材料與熱塑性材料最大的區別是在熱環境之下的固化現象，熱固性材料在受熱后無法再加工。也因此成型期間的融膠流動也隨之改變。材料供貨商總希望優化其設計，并在黏度及固化程度間找到適當的平衡點，這對可加工性以及產品周期有著相當大的影響。針對熱固材料，Moldex3D透過分析塑料流動的行為(包含黏度變化及固化時間)，提供材料供貨商更高效率的解決方案來優化其配方并節約成本。此外，透過材料的特征來量化如固化所引發的體積收縮，并且此技術可以應用在改變化學制劑、仿真、產品設計以及各種成型條件上。
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選擇五金沖壓材料時要充分考慮到材料的塑性變形
冷沖壓是建立在金屬塑性變形的基礎上，在常溫下利用安裝在太力機上的模具對材料施加壓力，使用其產生分離或塑性變形，從而獲得一定形狀、尺寸和性能的零件。
那么金屬的塑性變形是怎么回事呢？
在固體材料中，原子之間作用著相當大的力，足以抵抗重力的作用，所以在沒有其它外力作用的條件下，物體具有自己的形狀和尺寸。固體是由質點或微元體組成的，對固體施加外力引起的形狀和尺寸改變，伴隨著質點間距離的變化，或微元體的形狀和尺寸的變化。
如果作用物體的外力卸載后，由于外力引起的的變形隨之消失，特體能完全恢復自己的原始形狀和尺寸，則這樣的變形稱為彈性變形。如果作用于物體的外力卸載后，物體并不能完全恢復自己的原始形狀和尺寸，則所存在的殘余變形稱為塑性變形。
塑性變形和彈性變形一樣，都是在變形體不破壞的條件下進行的；
影響金屬塑性變形的主要因素通常有以個幾個因素：
1.金屬材料的成分和組織結構
2.變形溫度
3.變形速度
4應力狀態
5.材料的力學性能
影響金屬塑性變形的主要因素很多，除金屬的成分、組織結構等內在因素外，其外部因素的影響也很大。從沖壓工藝角度出發，往往著重于外部條件的研究，以便創遷條件，充分發揮材料的變形潛力，盡可能減少工序數。
正確選擇沖壓件原材料能在生產加工中起到事半功倍的做用。
本文由滄州惠豐汽車配件有限公司提供，公司網址：http://www.jlhengjie.com/
展開 IACMI復合材料研究所宣布啟動熱塑性復合材料研究項目
IACMI，與杜邦高性能材料，Fibrtec公司和合作伙伴美國普渡大學宣布在降低生產成本的推出有兩個重點選擇的第一個項目和增加了對汽車復合材料的設計靈活性。在這兩個領域的進步可以開拓新的機會，并成為復合材料部件的大規模部署的推動者。
多重因素，包括成本和設計約束，在大批量汽車應用中采用復合材料存在障礙。這個新IACMI項目將通過一個完全不同的方法來制造碳纖維復合材料與今天那些目前正在使用的同時滿足這些關鍵領域。這項工作將建立在差異化技術的協同效應。通過Fibrtec制造柔性涂覆纖維束將形成用快速形成織物（RFF）技術與專有聚酰胺樹脂既由DuPont沿柔性 織物預浸料。最終成分將受益于絲束制造工序的增加生產速度和導致制造費用較低的織物形成過程。用這種方法制成的復合材料部件已示出當由傳統技術合并到具有低空隙和良好的機械性能。柔性織物預浸漬體也已顯示出具有在成型實驗良好懸垂行為。在研究者普渡大學復合材料制造與仿真中心將與團隊一起建模和驗證懸垂性和部件性能。
高循環時間進行生產連續碳纖維熱塑性復合材料的增加成本。使用新興浸漬和絲束涂層和織物形成的新方法的材料可望高容量的復合材料的顯著降低生產成本。“通過利用所有的項目合作伙伴的優勢，我們要創造高容量，低成本熱塑性復合材料汽車零部件獨特的商業上可行的路徑的潛力，說：” 揚Sawgle，杜邦高性能材料，項目經理。
行業合作伙伴一直熱心參與項目建議利用IACMI資源和對高沖擊先進復合材料部署成員協作。“通過與業界合作，以解決制造方面的挑戰，我們正在推進清潔能源的創新，這將有助于推動美國制造業和競爭力，說：” 克雷格·藍 IACMI，復合材料研究所首席執行官。
展開 用于混凝土的可彎曲熱塑性復合材料增強材料
基于反應性液體熱塑性樹脂技術Elium，開發了新一代鋼筋和電纜（圖1），它結合了復合材料的質量和使用熱塑性基質提供的新可能性。與大多數熱塑性樹脂不同，Elium可以通過傳統拉擠成型使用專門的標準設備輕松加工（圖2）。
基于鉺的鋼筋和電纜可以重新加熱，易于成型或彎曲，從而降低了使用定制形狀供應鋼筋的成本。此外，熱塑性基質的使用為GFRP回收備件開辟了道路，具有潛在的強烈減少對環境的影響。
混凝土具有固有的高抗壓強度，但拉伸強度和脆性行為有限。鋼筋的使用提供了必要的拉伸強度而不會抑制裂縫的形成。更有效地使用混凝土是通過在施工時將其壓入高于其使用壽命期間所經受的拉伸應力的壓縮狀態。這是預應力混凝土的原理。出于這個原因，Sireg，Arkema及其合作伙伴，邁阿密大學和國家合作公路研究計劃（NCHRP）正在同時開發一種用于預應力混凝土的專利熱塑性復合材料電纜（圖3））。這項工作是在美國聯邦計劃的支持下共同資助的，由佛羅里達州交通部監督（參見NCHRPIDEA / MILDGLASS：用于彈性輕度預應力混凝土的GFRP鋼絞線。
圖3：玻璃/鉺復合電纜
通過捻合構成電纜的復合棒是通過拉擠成型用玻璃纖維增強的鉺熱塑性樹脂制成的。通過使用熱塑性樹脂Elium，可以實現將棒熱接合到螺旋電纜中的組件，以及在卷軸上的非常長的長度的包裝。同樣重要的是，在預制廠的張緊過程中用作錨的卡盤是用于鋼絞線的卡盤; 因此，無縫過渡到一種新穎的材料。
復合材料在混凝土預應力中的應用（圖4）是一項重大創新，自20世紀30年代EugèneFreyssinet發明以來，混凝土結構的耐久性發生了前所未有的變革。
圖4：混凝土預應力橋梁
這項創新被選為2019年建筑與基礎設施類JEC創新獎的最終入圍者。
展開 江蘇君華特塑CF/PEEK熱塑性復合材料榮獲材料類SAMPE中國創新入圍獎
基于君華特塑多年來在聚醚醚酮（PEEK）、聚酰亞胺（PI）樹脂、型材及制品的應用開發經驗，未來在高性能熱塑性CF/PEEK復合材料板材產品的結構、外觀、工藝及選材設計方面會加速發展，并且通過向市場及潛在客戶宣傳CF/PEEK熱塑性復合材料相比于傳統熱固性復合材料以及合金的特性優點來拓寬應用市場，占據更多的市場份額，同時需要調研鋪絲鋪帶、連續纖維纏繞成型及預浸料連續成型等工藝設備，建立更加完善的復合材料品質檢測控制手段。以創新為內在驅動CF/PEEK高性能熱塑性復合材料產業及應用進程！
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