力學超材料
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-05
力學超材料的視頻教程
橡膠及泡棉類超彈性材料_力學仿真方法介紹(ABAQUS)
視頻主題: 橡膠及泡棉類材料的超彈性力學仿真方法介紹 作者: 櫛比鱗臻 北京大學力學系 博士后 視頻主要介紹了超彈性力學行為的仿真建模方法，也就是對于橡膠及泡棉類材料，如何建立函數關系，用于描述應力與應變、溫度、時間、循環載荷歷程等因素之間的聯系。同時，也會介紹利用ABAQUS的進行超彈性材料的力學仿真，在設置和操作中應該注意哪些事項。
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力學方向知識點總結，包含理論力學材料力學彈性力學復合材料力學有限元分析等
本課程圍繞力學方向核心知識體系展開，系統總結理論力學、材料力學、彈性力學、復合材料力學以及有限元分析等重要內容，旨在幫助學員從整體上梳理專業知識脈絡，建立更加完整、清晰的力學知識框架。課程不僅關注各門課程的基礎概念與核心理論，也強調不同知識模塊之間的內在聯系，使學員能夠從“單點學習”走向“系統理解”。 在學習過程中，很多同學會遇到知識點零散、課程之間銜接不清、學過后難以融會貫通等問題。
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力學超材料的實例教程
近年來隨著力學超材料的發展，兼具能量采集和監測感知功能的摩擦電材料為多功能力學超材料的智能化發展帶來新方向。
本文提出一種自感知復合力學超材料—力學超摩擦材料，其將摩擦電材料制備于力學超材料中，通過將力學超材料作為納米發電機介質，實現整體結構材料在能量采集和智能監測感知方面的多功能應用。力學超摩擦材料運用3D打印技術，實驗制備由摩擦電材料組成的無縫集成自恢復咬合微結構，并測試表征其自供電和自感應性質。本文同時運用理論方法探討了周期性荷載下咬合微結構接觸帶電的變形機制與電能產生機理。
本研究由美國匹茲堡大學土木系聯合浙江大學海洋學院、中國科學院北京納米能源與系統研究所共同開展。相關論文以“Multifunctional Meta-Tribo material Nanogeneratorsfor Energy Harvesting and Active Sensing”為題，發表在《Nano Energy》。本文第一作者為聯合指導的博士研究生，共同第一作者為焦鵬程研究員，通訊作者為王中林院士和A.H. Alavi助理教授。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106074
本文提出的力學超摩擦材料將摩擦電材料設計于力學超材料微結構胞元中，使得整體結構材料既具有力學超材料的優越力學性能，又具備摩擦納米發電機的能量采集和監測感知功能。力學超摩擦材料運用各種有機和無機摩擦電材料，設計構成復雜的分層復合結構。本文運用實驗和理論方法，系統研究了力學超摩擦材料的力-電學性能，展望了力學超摩擦材料集成系統的多功能工程應用，例如海洋工程防災減災自能量監測感知設備，自感知自能量心血管支架等。
展開 材料力學所涉及的內容分屬于兩個學科：
固體力學 (solid mechanics)，即研究物體在外力作用下的應力、變形和能量，統稱為應力分析 (stress analysis)。但是，材料力學又不同于固體力學，材料力學所研究的僅限于桿類物體，例如桿、軸、梁等。
材料科學 (materials science) 中的材料的力學行為 (behaviors of materials)，即研究材料在外力和溫度作用下所表現出的力學性能 (mechanical properties) 和失效 (failures) 行為。但是，材料力學所研究的僅限于材料的宏觀力學行為，不涉及材料的微觀機理。
力學特性是指在外力作用下材料變形與所受外力之間的關系，以及材料抵抗變形和破壞的能力，這些力學特性均需通過材料試驗確定。
以上兩方面的結合，使材料力學成為工程設計 (engineering design) 的重要組成部分，即設計出桿狀構件或零部件的合理形狀和尺寸，以保證它們具有足夠的強度、剛度和穩定性。
展開 隨著社會各界對于傳統石油基材料廢棄物引發的環境問題日益重視及“限塑令”的實施，傳統石油基材料被具有良好的生物相容性、可降解性、可再生性的生物基材料逐步取代是大勢所趨。生物基氣凝膠、泡沫等輕質化材料作為生物基材料典型代表，具有低原料消耗、廢棄物可資源化優勢，在生物傳感、醫療設備、汽車船舶等領域具有廣泛應用前景。然而，輕質化必將導致本身力學性能不足的生物基材料因密度急劇降低而力學性能進一步大幅降低，因此限制了輕質化生物基材料在各領域的實際應用。因此，為滿足實際應用需求，輕質化生物基材料的物理或化學改性增強成為近年來的研究熱點之一。但是，目前的改性手段均采取引入新物質到生物基材料改性的方式，引入的新物質不但增加了生產成本與難度，也大大增加生產制造過程中的不可控因素，不利于規模化生產；同時改性的增強程度有限，難以實現高性能化；更在單方面加強力學性能時不可避免地對生物相容性、可降解性等其他性能產生不可控的負面影響。
基于以上關鍵科學問題，西南大學黃進教授和甘霖副教授團隊提出了針對輕質化生物基材料構建負泊松比超結構實現力學性能大幅提升強化的普適性方法，即在生物基材料基體內部設計并構建三維負泊松比胞元結構陣列，通過自下而上的負泊松比效應賦予輕質化生物基材料超力學性能。該工作首先設計了功能性強、易調控的內凹多面體胞元結構，然后以典型生物質聚酯—聚丁二酸丁二醇酯（PBS）為原料，采取綠色環保的超臨界流體發泡技術成功制得了輕質化PBS多孔材料，最后在略高于軟化溫度的條件下通過軸向與徑向控比壓縮調控其泊松比，制得了負泊松比可調控的力學超材料—負泊松比PBS材料（PBS-NPR）。
展開 DOI:10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000990
【論文介紹】鐵磁/鐵電復合介質及其超材料結構微波性能
【科普系列】太赫茲超材料
【科普系列】 蜂窩結構力學超材料彈性及抗沖擊性能
【科普系列】富鋰錳基正極材料研究進展
【科普系列】有限元軟件如何助力鑄造過程
【科普系列】基于片狀粉末冶金的石墨烯/鋁基復合材料過程控制與力學性能
論文鏈接：
https://www.pnas.org/content/early/2019/03/12/1817309116
近二十年來，人們基于仿生設計制備了多種多樣的具有優異力學性能的微納米多孔材料。通常，人們將密度小于水密度（1 g/cm3）的材料定義為“超輕”材料。近些年，超輕材料已經成為了全世界材料科學和固體力學領域研究的熱點。如何實現材料同時具有超輕、高強度、大變形、缺陷不敏感等優異性能是現代材料設計和制造的一個巨大挑戰。
近年來，李曉雁研究組針對這一問題和挑戰，采用新型微納米制備技術制備了多種微納米力學超材料，并利用原位電鏡測試對其進行了力學表征。這些微納米力學超材料展示出了優異的力學性能。近期，李曉雁課題組采用“雙光子光刻—高溫熱解”兩步法（圖1A所示）制備獲得了Octet型（圖1B所示）和Iso型（圖1C所示）兩類熱解碳納米點陣，其中Octet型和Iso型單胞結構均是經過拓撲優化而獲得的。這些新型熱解碳納米點陣的特征尺寸（即桿的直徑）最小可以達到261 nm（圖1D、E所示），超過了目前三維光刻技術可以實現的最小分辨率極限。這些熱解碳納米點陣的密度達到0.24-1.0 g/cm3，其強度介于0.05-1.90 GPa之間。
圖1. 熱解碳納米點陣的兩步法制備及其微結構
特別引人關注的是，當點陣結構的密度約為1.0 g/cm3時，其強度高達1.9 GPa（圖2A所示）。這一強度接近于熱解碳材料固有的理論強度極限，從而導致該點陣的比強度（即強度與密度的比值）高達1.90 GPa g-1 cm3。這一比強度值比目前所有人工制備的微納米點陣材料的比強度高1-3個量級。
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在橡膠產品的設計與仿真中，仿真結果的可靠性，首先取決于輸入的材料模型是否準確。一個僅基于單軸拉伸數據構建的模型，可能嚴重偏離材料在多軸真實受力下的行為，導致剛度、壽命等性能預測錯誤或設計過度保守。
我們提供的系統化測試服務，旨在通過一系列標準試驗，完整刻畫橡膠材料在各種變形模式下的力學響應，為您構建高保真度的仿真模型提供堅實的數據基礎。
全面的超彈本構關系
可以指導交流互相學習
一、經典力學的"近視"問題：把材料當成無限可分的點
經典的固體力學建立在一個看似合理的假設上：材料是連續的，可以被無限分割成沒有內部結構的"材料點"。
這個假設在宏觀世界非常成功——計算大橋變形、飛機機翼應力都很準確。但當我們把目光投向微納米尺度（MEMS傳感器、微納電子器件）或應變集中問題時，奇怪的事情發生了：
微懸臂梁：厚度從8μm減到2μm，測得的彈性模量從115 GPa飆升到
上海黑翊材料科技有限公司 — 超黑消光材料領域的創新引領者
公司簡介
上海黑翊材料科技有限公司是一家專注于高性能納米光學材料研發、生產與銷售的國家高新技術企業。公司以“極致吸收，定義黑度新標準”為使命，致力于為全球高端制造與前沿科技領域提供全球領先的超黑消光材料解決方案。
核心技術與產品
我們的核心產品是自主研發的 “超黑消光材料” 。該材料基于尖端的納米結構設計與精密制備工藝，實現了對可見光波段
11月11日，Ansys官方『Ansys 超彈性橡膠材料仿真分析』研討會為您展開介紹Ansys超彈性橡膠材料分析方案，還將簡要介紹Ansys最新收購的聚合物材料建模工具PolymerFEM，感興趣的下滑預約學習??
時間：11月11日（星期二），16：00-17：00
內容簡介：
本次網絡研討會主要介紹Ansys超彈性橡膠材料分析方案，聚焦于超彈性本構的選取
校準超彈性材料6個月前
超彈性是聚合物和生物材料的一種特征性材料行為，例如橡膠、靜脈和腦組織。一個共同特征是超彈性材料通常會發生較大的變形。它需要特殊的材料模型和材料性質校準，以考慮超彈性行為。
在本案例中，超彈性通過Mooney-Rivlin材料模型進行建模。提供多組實驗測試數據用于材料性質校準。按照說明文件復現校準過程。之后，對樣品進行拉伸和扭轉模擬，獲得力矩與旋轉曲線。把結果和實驗結果對比，看看是否匹配
<p><span style="color: rgb(0, 0, 0);">目前，對于材料力學行為的研究，ABAQUS UMAT技術幾乎成了標配。只要涉及強度預測、失效準則、蠕變、粘彈性、疲勞、應變率效應、固化變形等等研究，大家的論文中如果沒有本構的討論、UMAT或者VUMAT的內容，就會顯得文章沒有深度。即便是用其他的商用軟件，也會涉及到自定義本構的問題。UMAT之于ABAQUS，就像UDF之于Fluent
當下，消費者對電子產品的追求已超越單純的功能性，轉向更極致的審美體驗與更可靠的使用品質。超薄筆記本、平板電腦、智能手機等設備不僅需要輕薄便攜，更要堅固耐用。
圖1 消費電子產品
聚碳酸酯（PC）及其復合材料因其優異的綜合性能，已成為高端電子產品外殼的首選材料。然而，該復合材料在服役時極易受到較強的沖擊載荷，因此，掌握纖維增強 PC 復合材料在寬應變率范圍內的力學行為特征和失效機理顯得尤為重要
引言：超彈性材料是軟體機器人實現 “大變形、高回復、低剛度” 核心性能的關鍵載體，其力學行為需通過精準的本構模型描述。在 Abaqus 仿真環境中，針對軟體機器人的超彈性材料本構，主要存在兩種主流賦予方式：一是直接調用內置的Mooney-Rivlin 應變勢能模型，適用于常規彈性體（如硅橡膠）的快速仿真；二是通過UHYPER.for 用戶子程序自定義應變勢能，適配新型超彈性材料（如梯度彈性體、仿生彈性體
復合材料的力學性能指標與其 “多相、各向異性” 的結構特性密切相關，需針對性評估其承載、變形、斷裂等核心能力；而力學測試則需結合材料特性（如纖維方向、基體類型）和應用場景（如航空、建筑）選擇標準方法，確保數據的準確性和工程適用性。
一、復合材料常用的力學性能指標
復合材料的力學性能指標通常分為基本性能、剛度性能、強度性能和疲勞/斷裂性能。
1、基本性能
纖維體積含量（Fiber
