金屬材料模型的案例
【研討會報名】沖擊碰撞仿真中金屬材料的非線性模型選擇和對標
數值計算中材料數據應用
材料參數
內容大綱及示例
▇ 第一期：11月25日（周三） 19:30
大綱：
金屬力學屬性的分類
金屬材料模型選擇
有限元計算中材料數據應用
單軸實驗拉伸數據處理
材料參數對標工作流程
金屬材料的其他力學特性
金屬的各向異性--材料模型選擇、相應實驗簡介
Altair材料數據中心
示例：
單軸拉伸數據處理
硬化曲線擬合
材料卡片對標（應力應變關系）
應變率參數擬合方法
LAW72參數擬合演示
▇ 第二期：12月2日（周三） 19:30
大綱：
金屬材料失效模型簡介
基于應力三軸度的失效：材料失效模型、材料失效實驗、材料失效參數對標
金屬軟化（頸縮）：材料軟化模型、材料軟化對標
影響材料失效的其他因素：網格大小、對標方法、溫度、應變率、初始缺陷（加工）。
展開 基于LS-DYNA非金屬材料培訓（英語）
基于LS-DYNA非金屬材料培訓（英語）
尊敬的LS-DYNA客戶：
為幫助廣大用戶學習使用LS-DYNA的非金屬材料模型（泡沫、橡膠、高分子材料）解決工程問題，上海仿坤軟件科技有限公司將于2019年7月29～31日舉辦LS-DYNA非金屬材料培訓培訓。
一、培訓時間、地點、培訓人數、及培訓方式
1) 培訓地點：上海（具體地址待定）
2) 培訓人數：學員人數為 20～30 人。 為保證培訓質量，學員人數不超過30 人。以培訓匯款收到時間為先后順序。
3) 培訓方式：封閉式，遠程在線授課、在線提問回答、互動研討。
4）培訓語言：英語
5) 培訓時間：2019年7月29~7月31日。
展開 金屬成形材料模型總結
$1.1 *MAT_003(*MAT_PLASTIC_KINEMATIC)
這個模型適合模擬等向和運動強化塑性，有選項可以考慮率效應。
適合于：梁（Hughes-Liu），殼和實體單元。
$1.2 *MAT_012(*MAT_ISOTROPIC_ELASTIC_PLASTIC)
這是一個低耗等向塑性模型，適合于三維實體。對于平面應力殼單元計算中，當應力狀態超過屈服表面時，一步radial return approach被采用來修正Cauchy應力張量。這種方法導致不準確的殼厚度更新和不準確的屈服后應力。這是dyna平面應力分析中唯一不缺省采用迭代方法的模型。
$1.3 *MAT_018(*MAT_POWER_LAW_PLASTICITY)
這是一個考慮率效應的等向塑性模型，采用指數強化。
$1.4 *MAT_024(*MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY)
可以定義任意應力應變曲線的彈塑性材料模型。
$1.5 *MAT_033(*MAT_BARLAT_ANISOTROPIC_PLASTICITY)
該模型由Barlat, Lege, and Brem[1991]開發，用來模擬成形過程中的各向異性材料行為。這個模型的有限元執行由Chung and Shah[1992]詳細描述。它基于六參數模型，適合于三維連續問題。
Barlat, F., D.J. Lege, and J.C. Brem, "A Six-Component Yield Function for Anisotropic Materials,", Int. J. of Plasticity, 7, 693-712, (1991).
Chung, K. and K.
展開 金屬材料塑性本構模型（結合workbench）
工程中的金屬結構一般都處于彈性工作狀態，所以工程金屬結構分析大多數都使用線彈性材料本構模型。不過，塑性本構也是應該掌握的。
workbench中常見的四種塑性本構模型
涉及三個方面：
01 雙線性/多線性（bilinear / multilinear）
02 強化（hardening）
03 等向和隨動（isotropic / kinematic）
如圖所示：
01 雙線性和多線性的區別是一目了然的，即應力應變曲線是兩條折線或兩條以上折線（三條及以上）。
02 強化是指材料在屈服后，應力隨應變還會增加，與此相對應的是理想彈塑性，材料屈服后，應力不隨應變增加。
03 拉伸屈服點對壓縮屈服點存在影響（初始屈服影響后繼屈服）。等向模型中壓縮屈服點等于上一次最大拉應力；隨動模型中壓縮屈服點等于兩倍屈服應力減去上一次最大拉應力。由此可知，隨動和等向模型定義的是材料屈服條件的變化，在材料加載后卸載再加載的情況下（多次屈服）才發揮作用。對于單調加載（不存在卸載過程），實際起作用的定義只是雙線性強化或者多線性強化。
另外，材料的屈服條件（屈服面）也有不同的描述模型。比如Tresca屈服準則，Mises屈服準則，D-P屈服準則等。例如，對于二維應力狀態，Mises屈服準則在主應力空間中是橢圓形；對于三維應力狀態，Mises屈服準則在主應力空間中是圓柱形。
展開 
超短激光與金屬材料相互作用的Comsol雙溫模型(激光燒蝕)
<div contenteditable="false" width="100%"><p> <span style="font-family: 宋體; font-size: 12pt; white-space: pre-wrap;">表面改性技術是指通過采用物理或化學的方法改變材料或工件的表面組織結構或者化學成分，從而提高材料性能或在材料表面添加功能，是工業中廣泛應用的一項關鍵技術。常用表面改性方法有化學熱處理、表面涂層、機械表面處理、激光表面改性等。激光表面改性由于具有良好的重復性、非接觸加工、實現小尺寸特征和高質量精加工等特性而成為一種有前途的改性技術。</span></p><p><span style="font-family:'宋體';font-size:12.0pt;white-space:pre-wrap;">本文主要目的是通過有限元建模仿真的方法，研究不同激光參數情況下超快激光與金屬材料的相互作用機理，以實現對超快激光對材料沖擊后的形貌預測。飛秒激光具有熱效應小的特點，這意味著其加工精度更高，加工表面形貌在一定實驗數據支撐下更容易預測。</span></p><p><span style="font-family:'宋體';font-size:12.0pt;white-space:pre-wrap;">在飛秒激光-物質相互作用中，脈沖持續時間小于溫度達到平衡所需的時間。因此采用經典熱傳導模型不能準確描述激光持續期間的作用過程。事實上，如圖1所示，其加熱過程可以分為兩階段。第一階段對應于電子對電子的散射時間，量級為幾十飛秒。在這一階段，能量首先被電子吸收，而不是被晶格吸收。第二階段約為幾十皮秒，對應于能量從電子轉移到晶格系統?？紤]這兩個時間段的分離的模型一般被稱為&ldquo;雙溫模型。
展開 ABAQUS/Standard 用戶材料子程序實例 － Johnson-Cook 金屬本構模型
ABAQUS_Standard用戶材料子程序實例.pdf
基于GTN模型的金屬材料拉伸頸縮現象模擬（原創案例賞析，如轉載，請注明出處）
分析類型：基于GTN模型的金屬材料拉伸頸縮現象模擬
分析平臺：ANSYS17
技術難點：損傷力學 GTN模型 拉伸頸縮
關鍵詞：損傷力學 GTN模型 拉伸頸縮 孔洞生長和聚合
完成人：技術鄰ANSYS專家
業務咨詢網址：http://www.yqgqt.org.cn/content/other/402981
技術背景：延性金屬的微觀損傷
工程意義：金屬損傷
研究對象：金屬圓桿
模擬過程：金屬材料拉伸頸縮現象模擬
GTN模型的適用范圍：延性金屬
微觀尺度的孔洞形核 生長和聚合模型
孔洞的演化方程
微觀塑性應變的演化方程
孔洞的形核有兩種：應力和應變
GTN模型的屈服準則
單元建模：
采用軸對稱
金屬干的軸對稱模型
GTN模型的材料定義
分析類型：靜力分析，（動態分析還沒有做，后續做出來再show一下）
邊界條件：下端固定，上端施加位移
計算結果
基于GTN損傷模型的延性金屬拉伸頸縮現象模擬
載荷位移曲線
后續可進一步的研究：
1、基于GTN的動態損傷、斷裂分析和裂紋擴展研究
2、動力學的GTN模型分析
作者說明：
ANSYS采用GTN的本構，利用宏觀的有限元方法實現模擬微觀尺度的延性金屬的損傷過程，但無法顯示孔洞的形核 生長 聚合甚至裂紋形成等微尺度信息，但可以從宏觀角度以較少的計算費用實現結構的損傷分析，相比于分子動力學，這個方面的優勢非常明顯。
另外分享一個基于分子動力學（MD)的金屬拉伸的孔洞形核、生長和聚合的數值仿真案例
展開 金屬韌性損傷材料失效模型應用實例-Abaqus/Explicit鋼制管狀結構多工況沖擊損傷失效分析 ￥49.9
在常溫狀態下，大多數工程金屬具有較高的韌性，這種情況下，材料的失效分析通常會使用韌性損傷漸進失效模型。
如下圖所示，該模型完整的定義了材料的彈性階段、塑性階段、損傷起始與損傷演化。材料承載經歷彈塑性階段后達到損傷起始點a，繼續承載，損傷后的材料剛度折減，出現軟化，直到損傷參數D=1時，材料剛度退化為0，單元刪除。
韌性材料損傷漸進失效模型
工程案例：
鋼制管狀結構多工況沖擊損傷失效分析
上圖案例中的分析工況按閱讀順序依次是：
沖擊質量5kg，速度100m/s，桶厚5mm;
沖擊質量25kg，速度100m/s，桶厚5mm;
沖擊質量25kg，速度200m/s，桶厚5mm;
沖擊質量25kg，速度300m/s，桶厚5mm;
沖擊質量25kg，速度400m/s，桶厚5mm;
沖擊質量25kg，速度500m/s，桶厚5mm;
沖擊質量25kg，速度500m/s，桶厚20mm;
沖擊質量25kg，速度400m/s，桶厚50mm;
沖擊質量25kg，速度500m/s，桶厚50mm;
付費部分為鋼制管狀結構多工況沖擊損傷失效分析案例的9種工況共計9個inp文件壓縮包+CAE 源文件壓縮包。
展開 常見的金屬材料金屬材料成型方法
常見金屬材料主要有黑色金屬鐵及其合金，壓鑄模具以及有色金屬及其合金。有色金屬又叫非鐵材料。
鐵的合金主要為鋼和鑄鐵。工業用鋼分結構鋼，零件鋼，工具鋼和特殊性能鋼。常用鑄鐵分灰鑄鐵，可鍛鑄鐵，球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵。
常用有色金屬：鋁及鋁合金，鈦及鈦合金，銅及銅合金和軸承合金（錫基，鉛基，鋁基軸承合金）。
常用成型方法
冷加工：車，銑，刨，磨，鉆，拉（機加工）；冷軋、冷拔、冷鍛、沖壓、冷擠壓。
熱加工：鑄造，熱扎，鍛造，熱處理，焊接，熱切割，熱噴涂
你真的得能講清楚什么是金屬材料的微觀組織結構嗎？（ 金屬材料科學與技術）
花粉的微觀組織結構
你知道金屬材料的微觀組織結構是怎么形成的嗎？你了解鑄造、冷加工、熱處理分別如何影響金屬材料的微觀組織結構嗎？
3相(Phase)/組分(Component)/缺陷(Component)
相，通常被認為是材料中具有不同的晶體結構和/或不同化學成分的部分，金屬材料中不同的相之間是通過不同的界面分離開的。一種具有特定化學成分的純物質通常被認為是由一個化學組分構成。一些材料的化學成分可以在兩個或多個極端之間連續變化。這些材料通常必須含有兩個或更多的組分。注意一種多組分材料可以以單相的形式存在，前提是不同組分的原子可以在固相狀態(Solid state)緊密混合，這種混合體(Mixtures)被稱為固溶體(Solid solution)。
孿晶界形貌
缺陷，通常被定義為晶體結構周期性的任何中斷(Disruption)。點缺陷，如空位(Vacancies)和間隙(Interstitials)。面缺陷(Planar defects)，如表面(Surfaces)、孿晶界(Twin boundaries)和晶界(Grain boundaries)以及位錯(Dislocation)等。
??空位缺陷示意圖
4微觀組織結構的形成 ？
微觀組織結構是在不同工藝條件下產生的。微觀組織結構通常是通過溫度或/和壓力的變化帶來的相變產生的。材料的變形或加工(滾壓(Rolling)、鍛造(Pressing)、焊接(Welding))也可以帶來微觀組織結構的變化。最后，微觀組織結構還可以通過人工將不同材料組合到一起形成復合材料(Composite material)的方式創造出來，如纖維增強復合材料。
展開 一文搞懂：金屬材料的拉伸試驗 附《金屬材料 拉伸試驗 第1部分：室溫試驗方法》下載
4、相關計算
對于屈服現象明顯的材料：
上屈服強度ReH= FeH/S0 （S0表示原始橫截面面積、FeH表示上屈服點對應的軸向力）
下屈服強度ReL = FeL/S0 （S0表示原始橫截面面積、FeL表示下屈服點對應的軸向力）
抗拉強度Rm=Fmax/ S0 （Fmax是指最大軸向力）
對于屈服現象不明顯的材料，規定以產生0.2%殘余變形的應力值為其屈服極限，稱為條件屈服極限或屈服強度。大于此極限的外力作用，將會使零件永久失效，無法恢復。
下載地址：GB／T228.1-2010《金屬材料 拉伸試驗 第1部分：室溫試驗方法》
展開 
金屬材料與非金屬成型比較
培養具備金屬、塑料等材料的產品、工藝與模具方面的知識，能運用計算機技術進行產品、工藝與模具的設計、運用數控加工技術進行成型模具的制造，能從事產品及模具的試驗研究、生產管理、經營銷售等方面的高級工程技術人才。
主要課程：金屬成形工藝及模具、五金模具塑料成型工藝及模具、塑料制品裝潢與設計、模具材料及熱處理、模具制造技術、數控加工、產品造型設計、模具計算機輔助設計（CAD）、模具計算機輔助制造（CAM）、成型過程計算機輔助分析（CAE）、成型設備及計算機控制、創新設計、模具市場營銷、模具生產管理等。
就業方向：可在各行業從事與材料加工工程有關的金屬與塑料產品、工藝、模具的計算機輔助設計，計算機輔助制造、數控加工，試驗開發、質檢分析、管理營銷、教育科研等工作。
展開 【科普系列】金屬與陶瓷“強強聯合”---金屬陶瓷層狀復合材料
圖1 貝殼微觀結構形貌及疊層復合結構簡圖 (a) 珍珠層截面形貌；(b) 表面納米有機蛋白顆粒；(c)，(d) 珍珠層俯視形貌；(e)珍珠層結構簡圖
金屬陶瓷層狀復合材料(laminated metal/ceramics composites，LMCCs)正是在這種契機下應運而生，并在其誕生之后迅速成為復合材料研究領域的熱門課題之一。金屬陶瓷層狀復合材料是由至少一種金屬以片層形式與陶瓷交替排列而成，是將擁有不同化學、物理性能的兩種或多種材料按照不同的層間距、層厚比以及疊層數相互疊層制備的新型材料，通常是由基體材料和增強體復合制備而成，圖2是通過粉末冶金法制備金屬陶瓷層狀復合材料的工藝流程。微疊層復合材料中的強性層一般選用較高強度和彈性模量的結構陶瓷，該層主要起強化的作用，當受外界載荷時能保證材料具有較高的強度。陶瓷層通常選用SiC、Si3N4、Al2O3、ZrO2等材料。韌性層一般選用金屬或有機物質等韌性好的材料，保證材料具有良好的韌性。常見的韌性層材料有Ti、Ni、Fe等金屬材料，非金屬的石墨以及高分子材料的樹脂等。微疊層復合材料每個疊層的厚度通常要求為0.01~100 μm，而其性能是由每一個組分特性、體積分數、結構特點、層間距和各組分之間的互溶度共同決定的。由于材料結構的特殊性，金屬陶瓷層狀復合材料可以改善材料的斷裂韌度、疲勞性能、抗沖擊性能、抗磨損性能、抗腐蝕性能和阻尼性能等。
圖2 粉末冶金制備金屬陶瓷層狀復合材料工藝流程
最常見的金屬陶瓷層狀復合材料主要包括Ti基、Ni基、Al基、Mg基、Fe基、Cr基、耐熱金屬基、金屬間化物基等，其中以Al基、Ti基、Ni基復合材料發展較為成熟。
展開 金屬3D打印粉末材料新勢力盤星新金屬亮相TCT
南極熊在G44展位上看到了國內金屬3D打印粉末材料新勢力——盤星新金屬。
盤星新型合金材料(常州)有限公司（簡稱盤星新金屬）位于江蘇省常州市，是一家以研發為導向，精密制造為核心，面向增材制造、新材料應用等先進制造領域的國家高新技術企業?，F有生產廠區40000㎡、研發車間3600㎡、行政及測試中心2500㎡。
盤星增材事業部聚焦鈦合金、高溫合金、鈷鉻合金粉末的批量生產和銷售，目前已是國內一流增材粉末供應商，參與及編制多項國家增材用金屬粉末標準。2021年將完成10條粉末生產線建設，年產合金粉末超700噸，成為國內增材粉末行業領軍企業。
盤星面向國內外增材市場，采用改進的無坩堝電極感應熔煉及真空感應熔煉惰性氣霧化技術，優選名廠定制原材料，全流程監控，穩定生產高球形度、低氧含量、高流動性的鈦及鈦合金、高溫合金、鈷鉻合金粉末。
展開 8種常見金屬材料，及金屬表面處理工藝介紹
與其他金屬元素不同，鋁并不是以直接的金屬元素的形式存在于自然界中，而是從含50%氧化鋁(亦稱礬土)的鋁土礦中提煉出來的。以這種形態存在于礦物中的鋁也是我們地球上出量最豐富的金屬元素之一。
當鋁這種金屬最早出現的時候，它并沒有被立刻應用到人們的生活當中。后來，針對其獨特功能和特性的一批新產品逐漸問世，這種高科技材料也逐漸擁有越來越寬闊的市場。雖然鋁的應用歷史相對較短，但現在市面上鋁產品的產量已經遠遠超過了其他有色金屬產品的總和。
材料特性：柔韌可塑、易于制成合金、高強度-重量比、出色的防腐蝕性、易導電導熱、可回收。
典型用途： 交通工具骨架、飛行器零部件、廚房用具、包裝以及家具。鋁也經常被用以加固一些大型建筑結構，比如倫敦皮卡迪利廣場上的愛神雕像，以及紐約克萊斯勒汽車大廈的頂部等，都曾用鋁質加固材料。
5鎂合金——超薄美學設計
鎂是極重要的有色金屬，它比鋁輕，能夠很好地與其他金屬構成高強度的合金，鎂合金具有比重輕、比強度和比剛度高、導熱導電性好、兼有良好的阻尼減震和電磁屏蔽性能、易于加工成型、容易回收等優點。但長期以來，由于受價格昂貴和技術方面的限制，鎂及鎂合金只少量應用于航空、航天及軍事工業，因而被稱為“貴族金屬”?，F今鎂是繼鋼鐵、鋁之后的第三大金屬工程材料，被廣泛地應用于航空航天、汽車、電子、移動通訊、冶金等領域?？梢灶A計，由于其它結構金屬生產成本的增加，金屬鎂在未來的重要性變得更大。
鎂合金比重為鋁合金的68%，鋅合金的27%，鋼鐵的23%，常用于汽車零件、3C產品外殼、建筑材料等。大多數超薄筆記本電腦和手機外殼采用鎂合金做外殼。自上世紀起，人類對金屬質感、光澤仍有不可抹減的愛戀，塑料產品雖然可以形成類金屬的外觀，但其光澤感、硬度、溫度、質感仍與金屬有差距。鎂合金作為一種新型的金屬原料，給人一種高科技品的感受。
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