小材料的案例
【材料知識】各種小家電都在用的塑料材料，你知道嗎？
隨著塑料改性技術(shù)的發(fā)展及人民生活水平的提高，改性塑料在家電行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛，尤其是在小家電領(lǐng)域，廚房用具、個人護(hù)理等產(chǎn)品，都用到改性塑料。
那小家電用材料有哪些要求及應(yīng)用呢？
小家電發(fā)展趨勢
低噪音、節(jié)能環(huán)保、營養(yǎng)健康、智能物聯(lián)、便捷易用、人性化時尚化的工業(yè)設(shè)計。
小家電用材料的要求
小家電在使用的過程中中頻繁接觸、易磨損，長期接觸水、油、鹽，易腐蝕，長期處于高溫狀態(tài)使用，易老化，長期光照，易變色、失去光澤，因而要求材料外觀表現(xiàn)力強(qiáng)、耐刮擦性能好、易加工、性價比高
?小家電分類
小家電主要包括微波爐、電飯煲、電熨斗、電暖器、吸塵器、電風(fēng)扇、電吹風(fēng)、飲水機(jī)、電磁爐、電火鍋、電熱水壺、空氣加濕器、電動剃須刀、豆?jié){機(jī)、榨汁機(jī)、咖啡機(jī)等。
?小家電塑料材料應(yīng)用現(xiàn)狀
外觀件主要用材料
? ABS：光澤度較高，易噴涂，但耐溫不高；
? PP：成本低，流動性好，但尺寸穩(wěn)定性較差；
? PC：強(qiáng)度高，耐溫高，透明性好，但容易開裂；
? PC/ABS合金：綜合性能優(yōu)異，但價格較高。
展開 碳纖維——撐起大國重器的“小材料”
碳纖維——撐起大國重器的“小材料”。美國國家航空航天局與美國空軍研究實驗室聯(lián)合研制出3D打印耐高溫聚合物的新技術(shù)，未來有望應(yīng)用于航空航天發(fā)動機(jī)，該技術(shù)使用的材料正是碳纖維。現(xiàn)代戰(zhàn)爭武器裝備向著低能耗、大載荷、隱身化和高機(jī)動性快速發(fā)展，對制造武器的材料也提出了更高要求。被譽(yù)為“黑色黃金”的碳纖維復(fù)合材料，因其優(yōu)異的材料特性而被廣泛應(yīng)用于國防軍工等領(lǐng)域。借助碳纖維材料打造性能更優(yōu)的武器裝備，早已成為各軍事強(qiáng)國比拼較量的新戰(zhàn)場。
“令人著迷的“黑色黃金”
還記得動畫電影《超能陸戰(zhàn)隊》里的機(jī)器人“大白”嗎？這個感動了無數(shù)人的醫(yī)療機(jī)器人的原型，體內(nèi)骨骼正是由碳纖維材料打造，這才讓外形軟綿綿的他能經(jīng)受住碾壓摔打。事實上，就連此前曾經(jīng)為超重問題所困擾的F-35戰(zhàn)斗機(jī)，最終也是靠著使用多達(dá)35%的碳纖維復(fù)合材料才得以實現(xiàn)飛天夢想。被譽(yù)為“黑色黃金”的碳纖維，早已在國防軍事領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，是火箭、衛(wèi)星、導(dǎo)彈、戰(zhàn)斗機(jī)和艦船必不可少的基礎(chǔ)材料。
碳纖維的起源最早可追溯至1860年，英國人瑟夫·斯旺在制作電燈燈絲時發(fā)明了碳纖維并獲得了專利。碳纖維真正迎來研究應(yīng)用“井噴”階段，還是20世紀(jì)50年代之后的事。1958年，美國研究人員首次發(fā)現(xiàn)了高性能碳纖維，日本和英國研究人員緊隨其后，對碳纖維的性能進(jìn)行改進(jìn)升級。到20世紀(jì)70年代，碳纖維材料開始在戰(zhàn)斗機(jī)結(jié)構(gòu)件上嶄露頭角，F(xiàn)-15、B-1、F-16以及F-18等戰(zhàn)斗機(jī)上都能看到碳纖維材料的身影。除美國空軍的F-22和F-35戰(zhàn)斗機(jī)大量采用碳纖維復(fù)合材料外，X-47B、“全球鷹”等裝備更是借助碳纖維材料，實現(xiàn)了有效載荷、續(xù)航能力和生存能力的大幅度提升。
用“堅如磐石、韌如發(fā)絲”來形容碳纖維材料毫不為過。
展開 南開大學(xué)陳永勝教授課題組：基于氯代小分子受體材料的有機(jī)太陽能電池效率超過14%
在有機(jī)太陽能電池的發(fā)展過程中，活性層材料的研發(fā)對提高器件綜合性能具有重要的意義。傳統(tǒng)的有機(jī)太陽能電池主要是基于富勒烯衍生物電子受體材料展開的，但是該類受體材料由于合成成本高、結(jié)構(gòu)和能級不易調(diào)控等不足限制了其進(jìn)一步發(fā)展。近年來，具有拉電子單元-給電子單元-拉電子單元（A-D-A）結(jié)構(gòu)的非富勒烯小分子受體材料由于其結(jié)構(gòu)確定、能級及吸收范圍易調(diào)控等優(yōu)點在推動有機(jī)太陽能電池的發(fā)展中發(fā)揮了重要的作用。基于該類非富勒烯受體材料的器件通常有較低的能量損失和寬的光譜吸收范圍，從而具有更好的器件綜合效率。
前期工作中，南開大學(xué)陳永勝教授課題組首次報道了基于苯并二噻吩（BDT）的稠環(huán)單元的小分子受體材料NFBDT，隨后對其中間單元和末端單元同時進(jìn)行優(yōu)化報道了A-D-A型的小分子受體NCBDT，并獲得了超過12%的器件效率。
近期，南開大學(xué)陳永勝教授課題組和中國科學(xué)院化學(xué)研究所侯劍輝研究員課題組合作，通過對A-D-A型小分子受體材料的末端基團(tuán)進(jìn)行調(diào)控，設(shè)計并合成了以基于BDT的稠環(huán)結(jié)構(gòu)（CBDT）作為中間單元、以氯代氰基茚滿二酮作為末端單元的非富勒烯小分子受體材料NCBDT-4Cl（如圖所示）。末端拉電子的氯原子的引入使該分子具有較低的LUMO和HOMO能級，其光譜吸收范圍主要位于600-900 nm，通過吸收截止邊計算得到的光學(xué)帶為1.40 eV。從能級和光譜吸收匹配的角度出發(fā)，選用了由侯劍輝研究員團(tuán)隊報道的寬帶隙聚合物PBDB-T-SF作為電子給體材料。
展開 碳纖維——撐起大國重器的“小材料”
碳纖維——撐起大國重器的“小材料”。美國國家航空航天局與美國空軍研究實驗室聯(lián)合研制出3D打印耐高溫聚合物的新技術(shù)，未來有望應(yīng)用于航空航天發(fā)動機(jī)，該技術(shù)使用的材料正是碳纖維。現(xiàn)代戰(zhàn)爭武器裝備向著低能耗、大載荷、隱身化和高機(jī)動性快速發(fā)展，對制造武器的材料也提出了更高要求。被譽(yù)為“黑色黃金”的碳纖維復(fù)合材料，因其優(yōu)異的材料特性而被廣泛應(yīng)用于國防軍工等領(lǐng)域。借助碳纖維材料打造性能更優(yōu)的武器裝備，早已成為各軍事強(qiáng)國比拼較量的新戰(zhàn)場。
“令人著迷的“黑色黃金”
還記得動畫電影《超能陸戰(zhàn)隊》里的機(jī)器人“大白”嗎？這個感動了無數(shù)人的醫(yī)療機(jī)器人的原型，體內(nèi)骨骼正是由碳纖維材料打造，這才讓外形軟綿綿的他能經(jīng)受住碾壓摔打。事實上，就連此前曾經(jīng)為超重問題所困擾的F-35戰(zhàn)斗機(jī)，最終也是靠著使用多達(dá)35%的碳纖維復(fù)合材料才得以實現(xiàn)飛天夢想。被譽(yù)為“黑色黃金”的碳纖維，早已在國防軍事領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，是火箭、衛(wèi)星、導(dǎo)彈、戰(zhàn)斗機(jī)和艦船必不可少的基礎(chǔ)材料。
碳纖維的起源最早可追溯至1860年，英國人瑟夫·斯旺在制作電燈燈絲時發(fā)明了碳纖維并獲得了專利。碳纖維真正迎來研究應(yīng)用“井噴”階段，還是20世紀(jì)50年代之后的事。1958年，美國研究人員首次發(fā)現(xiàn)了高性能碳纖維，日本和英國研究人員緊隨其后，對碳纖維的性能進(jìn)行改進(jìn)升級。到20世紀(jì)70年代，碳纖維材料開始在戰(zhàn)斗機(jī)結(jié)構(gòu)件上嶄露頭角，F(xiàn)-15、B-1、F-16以及F-18等戰(zhàn)斗機(jī)上都能看到碳纖維材料的身影。除美國空軍的F-22和F-35戰(zhàn)斗機(jī)大量采用碳纖維復(fù)合材料外，X-47B、“全球鷹”等裝備更是借助碳纖維材料，實現(xiàn)了有效載荷、續(xù)航能力和生存能力的大幅度提升。
用“堅如磐石、韌如發(fā)絲”來形容碳纖維材料毫不為過。
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哈佛大學(xué)鎖志剛教授、西安交大盧同慶教授、斯坦福大學(xué)Blanchet教授《Matter》: 高通量實驗設(shè)計用于預(yù)測材料小概率斷裂
預(yù)測材料的斷裂對工程應(yīng)用十分重要。對于給定的材料，斷裂的條件例如斷裂應(yīng)力、斷裂應(yīng)變，通常在不同試樣間分布很廣，其中小概率斷裂的條件與斷裂的平均值往往偏離很大。然而小概率斷裂的條件對工程師進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計意義重大。為了觀測小概率斷裂，工程師必須在相同條件下測試大量的試樣，非常耗時。一個可能的解決方案是進(jìn)行高通量實驗。高通量實驗已較為廣泛的應(yīng)用于化學(xué)、熱、電和生物性能的測量，但目前很少用于材料力學(xué)性能的測量。因此，西安交通大學(xué)盧同慶教授與哈佛大學(xué)鎖志剛教授、斯坦福大學(xué)Jose Blanchet教授合作，共同開發(fā)了一種用于預(yù)測材料小概率斷裂的高通量實驗。在設(shè)計的高通量實驗中，研究者在相同環(huán)境下打印制備了1000個試樣，將他們拉伸到相同的拉伸比，通過處理實驗錄像自動識別每個試樣的斷裂。高通量實驗產(chǎn)生的大量斷裂數(shù)據(jù)使得運(yùn)用數(shù)學(xué)中的極值概率理論分析成為可能。
1. 高通量實驗設(shè)計及圖像處理識別斷裂
他們開發(fā)了一個高通量實驗來研究小概率材料斷裂與疲勞(圖1)。他們在相同的條件下打印了1000個啞鈴型試樣。設(shè)計了一種單自由度的運(yùn)動機(jī)構(gòu)，使所有的試樣在同一時間發(fā)生相同的變形。對于數(shù)量如此之多的試樣，用人眼來識別單個試樣的斷裂是不現(xiàn)實的。他們記錄了每次實驗的視頻，并編寫了處理視頻的軟件，以識別每個試樣的斷裂。
實驗裝置包括一個運(yùn)動機(jī)構(gòu)、一個帶控制盒的電動位移臺、一個攝像機(jī)和一臺計算機(jī)(圖1b)。運(yùn)動機(jī)構(gòu)由連接六塊鋁板的菱形支架組成。通過氰基丙烯酸酯膠水，每塊鋁板與一個打印的矩形連接部分粘接。
展開 材料應(yīng)力-應(yīng)變曲線自動繪制小程序 ￥20
基于Ramberg-Osgood計算模型
1.用于常用材料應(yīng)力-應(yīng)變曲線繪制及數(shù)據(jù)擬合生成
2.可繪制工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線及輸出數(shù)據(jù)
3.可繪制真實應(yīng)力-應(yīng)變曲線及輸出數(shù)據(jù)
4.可繪制用于有限元分析的應(yīng)力-應(yīng)變曲線及輸出數(shù)據(jù)
5.基于Python制作的.exe小程序,可直接在電腦運(yùn)行
脆性斷裂brittle cracking的材料設(shè)置小示例
雖然BRITTLE CRACKING主要用于混凝土的斷裂分析，現(xiàn)在也逐漸應(yīng)用到陶瓷等其他脆性材料的斷裂分析。
2 設(shè)置
除了密度和彈性模量，需要設(shè)置材料的破壞參數(shù)，比如brittle cracking中的brittle failure 和brittle shear
brittle cracking 指定材料的拉伸強(qiáng)度（抗拉強(qiáng)度sigma-u）；
brittle shear 指定材料到達(dá)拉伸強(qiáng)度之后材料軟化的規(guī)律（指數(shù)形式，直線下降等）；
brittle failure 指定材料的斷裂韌性的一個指標(biāo)，一般在E-5量級。
3 cae
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4 inp
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5 說明
能模擬 雖然是很多新手熱衷于追求的結(jié)果，但是“能模擬”僅僅是萬里長征第一步，
是否模擬得準(zhǔn)確（means相對準(zhǔn)確），與實驗是否相符，那才是終極目的。比如這個模擬，抗拉強(qiáng)度是我自己假設(shè)的，而且我也假設(shè)材料為純脆性的。
結(jié)果顯示有2處斷裂，與實驗應(yīng)該出入很大。
另外，如果結(jié)果不好，還要注意檢查下網(wǎng)格。斷裂分析是嚴(yán)重非線性問題，網(wǎng)格對結(jié)果影響很大。這個模型來自第一個鏈接的孤立網(wǎng)格，我無法修改網(wǎng)格，
就湊合著用這個四面體網(wǎng)格算出來的。
6 常見問題之一：
注意要在step---fieldoutput 設(shè)置單元刪除，隱藏失效單元.
7 動畫
展開 《Acta Mater》: 層錯能和短程有序?qū)?em>小尺度材料力學(xué)性能的影響
Cu微柱由大尺寸（~1微米）下的多系滑移演變?yōu)?em>小尺寸下的變形孿晶（<200 nm）；Cu – 7 at.%Al微柱由大尺寸下的單系多點激活的變形孿晶轉(zhuǎn)變?yōu)?em>小尺寸下的孿晶界擴(kuò)展； Cu – 15 at.%Al的變形機(jī)制受到低層錯能和高短程序的競爭作用：大尺寸Cu – 15 at.%Al中高短程序主導(dǎo)變形，材料以集中的滑移帶為主。小尺寸Cu – 15at.%Al中低層錯能主導(dǎo)，材料以變形孿晶為主。合金材料中短程序和層錯能對材料變形機(jī)制的決定作用受到樣品尺寸的顯著影響。
文章內(nèi)容簡介：
亞微米尺寸范圍內(nèi)的Cu，Cu-7 at.%Al 和 Cu-15at.%Al 單晶（層錯能遞減，短程序遞增）沿<001>方向壓縮結(jié)果如圖1所示：三種材料均呈現(xiàn)出了明顯的強(qiáng)度尺寸效應(yīng)。并且曲線顯示出非常明顯的抖動，表明塑性變形中伴隨有明顯的應(yīng)變突變（strain burst）。
圖1. 工程應(yīng)力–應(yīng)變曲線實例
圖2展示了針對三種材料中的大量位錯突變的統(tǒng)計分析結(jié)果。
展開 【行業(yè)觀察】日本這么一個小島國，新材料產(chǎn)業(yè)為何能稱雄全球？
比如日本機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會早在2007、2008年發(fā)表的“新材料現(xiàn)狀與工業(yè)化調(diào)查”，并且對先進(jìn)材料技術(shù)的種類、特性、應(yīng)用可能性及工業(yè)化前景等進(jìn)行評估，日本評估的新材料領(lǐng)域包括: 耐高壓、耐腐蝕性、高敏感、超薄、超輕，具備很多金屬特性的金屬玻璃，廣泛用于電子產(chǎn)品的鎂合金，用于水力發(fā)電機(jī)組軸承的樹脂系復(fù)合材料，碳纖維復(fù)合材料，用于建筑、橋梁、船舶、汽車的超級鋼鐵材料，新光源材料有機(jī)EL、富勒烯、固體燃料電池材料、高溫超導(dǎo)材料、超耐熱合金、生物能源材料、硅材料、雙層電容器用碳素納米細(xì)孔電極材料等。
日本新材料政策目標(biāo)是占有全球市場，因此，日本選擇的重點是市場潛力巨大和高附加值的新材料領(lǐng)域，并且日本在盡量短的時間內(nèi)加快專業(yè)化、工業(yè)化進(jìn)程。日本在全球新材料目標(biāo)明確且已保持領(lǐng)先優(yōu)勢的領(lǐng)域有: 精細(xì)陶瓷、碳纖維、工程塑料、非晶合金、超級鋼鐵材料、有機(jī)EL材料、鎂合金材料。
日本新材料產(chǎn)業(yè)，憑借其超前的研發(fā)優(yōu)勢、研發(fā)成果、實用化開發(fā)力度，在環(huán)境、新能源材料全球市場占有絕對的優(yōu)勢地位。值得一提的是，全球多數(shù)工業(yè)化國家已針對節(jié)能減排，應(yīng)對氣候變化問題達(dá)成基本共識，并積極推動建立減少污染、資源可回收利用的循環(huán)型經(jīng)濟(jì)模式，制定經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展政策措施，無疑為新材料產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造了巨大市場潛力空間。
日本新材料的領(lǐng)先優(yōu)勢具體如下: 鋰電池隔板占比達(dá)50%，飛機(jī)及汽車用碳纖維占比達(dá)70%，海水淡化逆滲透薄膜占比50%，高端多層陶瓷電容器用納米級鈦酸鋇占比80%，300mm太陽能電池半導(dǎo)體電路板占比達(dá)70%，有機(jī)EL材料占比達(dá)90%，聚乙烯醇膠卷占比達(dá)80%，用于燃料電池的氧化鋯占比達(dá)60%，用于汽車、電子的合成鎂氧占比達(dá)70%。
展開 小盤點：這些國內(nèi)團(tuán)隊做出了世界頂級熱電材料研究
熱電材料是一種能在電能和熱能直接相互轉(zhuǎn)換的材料，熱電材料的效率主要由熱電優(yōu)值ZT決定，
其中S為塞貝克系數(shù)(thermoelectric power or Seebeck coefficient)，T為絕對溫度，σ為電導(dǎo)率，κ為導(dǎo)熱系數(shù)。相比于其他能源材料熱電材料有眾多優(yōu)點：
1）體積小而輕，無機(jī)械轉(zhuǎn)動所以無工作噪音。
2）可精準(zhǔn)控溫，精度在±0.1℃之內(nèi)。
3）不使用含氟利昂的物質(zhì)，對環(huán)境無污染。
4）響應(yīng)速度快，使用時間長，易于控制。
但是，目前熱電材料制成的裝置效率別傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)來說還有不小的差距，因此如何提高熱電材料的效率也就是獲得接近理論極限的ZT值幾乎是所有熱電材料研究的終極目標(biāo)。一般來說，提高ZT值有兩種方法，一種是提高功率因子（S2σ），其中最重要的是提高Seebeck系數(shù)，另一種方法是降低熱傳導(dǎo)系數(shù)（K）。而影響功率因子的幾個參數(shù)中（散射參數(shù)、能態(tài)密度、載流子遷移率及費(fèi)米能級），只有費(fèi)米能級能通過改變摻雜濃度來調(diào)整，從而獲得高的ZT值。Heremans等發(fā)現(xiàn)摻雜Tl可使PbTe費(fèi)米能級附近能量DOS曲線顯著變陡，ZT值提高到了1.5。通常采用納米結(jié)構(gòu)可降低晶格熱導(dǎo)率，其中最典型的材料是Kanatzidis組報道的LAST材料，由于具有小的熱導(dǎo)率，可使ZT值達(dá)到2.2左右。目前國內(nèi)熱電材料的研究隊伍相對來說還是比較少的，但是其中不乏已經(jīng)做出世界級成果：
陳立東組
陳立東1981年畢業(yè)于湖南大學(xué)，1984年10月赴日本留學(xué)，1990年4月獲日本東北大學(xué)獲工學(xué)博士學(xué)位。先后在日本RIKEN株式會社（Chief Engineer）、日本航空宇宙技術(shù)研究所（特別研究員）、美國密西根大學(xué)物理系（訪問學(xué)者）、日本東北大學(xué)金屬材料研究所（助手，副教授）任職和工作。
展開 【LSDYNA操作小技巧七】LSDYNA中具體材料歷史變量的定義與輸出問題 ￥1.99
眾所周知，針對硬脆材料的模擬通常采用JHC或JH-2本構(gòu)模型模擬，玻璃類材質(zhì)、混凝土等是這類硬脆材料的典型代表。相同的是，無論JHC還是JH2本構(gòu)模型都內(nèi)置有材料的累積損傷模型用以準(zhǔn)確描述硬脆材料在收到破壞時的內(nèi)部單元失效變化，反映在宏觀上即產(chǎn)生裂紋、斷裂、損傷等。研究上述諸如裂紋等材料大變形問題對于深入認(rèn)知本構(gòu)模型的作用機(jī)理就顯得尤為必要。
LSDYNA作為專門針對材料非線性、大變形問題而開發(fā)的大型顯示動力學(xué)仿真軟件，其擁有相當(dāng)齊全的材料庫，針對其中材料的本構(gòu)關(guān)系都有非常明確的軟件設(shè)置與輸出步驟，方便用戶對本構(gòu)的快速設(shè)置甚至二次開發(fā)。本帖以典型的材料大變形問題磨粒切削加工引起的加工損傷為案例講解損傷歷史變量的定義與輸出步驟。
在我們沒有更好的文獻(xiàn)參考時，官方仿真軟件的幫助文檔是一個最佳的選擇。以下提供在LSDYNA中具體查閱歷史變量定義的鏈接如下，
History Variables for Certain Material Models — Welcome to the LS-DYNA support site.
基于此，必須首先定義目標(biāo)歷史變量如圖1所示。具體通過，在關(guān)鍵字 *DATABASE_EXTENT_BINARY中定義NEIPH 或 NEIPS 實現(xiàn)。這里NEIPH 或 NEIPS 只能填入具體的數(shù)字加以定義材料具體哪些的歷史變量。
圖1
具體以此為例：為輸出磨粒切削加工引起的工件損傷，首先找到對應(yīng)的工件材料編號110（工件為K9玻璃，采用JH-2本構(gòu)），可知損傷因定義為2如圖1所示，故在NEIPH輸入數(shù)字2即可，若為了查看其他材料歷史變量，對應(yīng)輸出1-4即可實現(xiàn)。
展開 
想了解材料熱動力學(xué)？請收好這篇小綜述
2.材料熱力學(xué)的形成和發(fā)展
現(xiàn)代材料科學(xué)的進(jìn)步和發(fā)展一直受到熱力學(xué)的支撐和幫助，材料熱力學(xué)是經(jīng)典熱力學(xué)與統(tǒng)計熱力學(xué)理論在材料科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，其形成和發(fā)展正是材料科學(xué)走向成熟的標(biāo)志之一。
從1876年Gibbs相律的出現(xiàn)，1899年H. Roozeboom把相律應(yīng)用到多組元系統(tǒng)，1900年，Roberts-Austen構(gòu)建了Fe-Fe3C相圖的最初形式，為鋼鐵材料的研究提供了理論支撐；再到20世紀(jì)初，G. Tamman等通過實驗建立了大量金屬系相圖，有力推地動了合金材料的開發(fā)；50年代初R. Kikuchi提出了關(guān)于熵描述的現(xiàn)代統(tǒng)計理論，為熱力學(xué)理論和第一性原理結(jié)合起來創(chuàng)造了條件；60年代初M. Hillert等對于非平衡系統(tǒng)熱力學(xué)的研究，導(dǎo)致了失穩(wěn)分解領(lǐng)域的出現(xiàn)，豐富了材料組織形成規(guī)律的認(rèn)識；70年代由L. Kaufman、M. Hillert等倡導(dǎo)的相圖熱力學(xué)計算（CALPHAD），使材料研究逐漸進(jìn)入到根據(jù)實際需要進(jìn)行材料設(shè)計的時代[2]。
2011年6月，美國宣布了一項超過5億美元的“先進(jìn)制造業(yè)伙伴關(guān)系”計劃，核心內(nèi)容之一是“材料基因組計劃（materials genome initiative， MGI）”，其目的是為新材料的發(fā)展提供必要的工具集，通過強(qiáng)大的計算分析減少對物理實驗的依賴，加上實驗與表征方面的進(jìn)步，顯著加快新材料投入市場的種類與速度，開發(fā)周期可從目前的10~20年縮短至2~3年，圖2比較了傳統(tǒng)材料設(shè)計與現(xiàn)代材料設(shè)計的流程。
圖2 傳統(tǒng)材料設(shè)計與現(xiàn)代材料設(shè)計流程對比
材料熱力學(xué)研究固態(tài)材料的熔化與凝固、固態(tài)相變、相平衡關(guān)系與成分、微觀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、相變的方向與驅(qū)動力等。
展開 碳纖維：這個“小材料”為何能撐起大國重器
日前，美國國家航空航天局與美國空軍研究實驗室聯(lián)合研制出3D打印耐高溫聚合物的新技術(shù)，未來有望應(yīng)用于航空航天發(fā)動機(jī)，該技術(shù)使用的材料正是碳纖維。現(xiàn)代戰(zhàn)爭武器裝備向著低能耗、大載荷、隱身化和高機(jī)動性快速發(fā)展，對制造武器的材料也提出了更高要求。被譽(yù)為“黑色黃金”的碳纖維復(fù)合材料，因其優(yōu)異的材料特性而被廣泛應(yīng)用于國防軍工等領(lǐng)域。借助碳纖維材料打造性能更優(yōu)的武器裝備，早已成為各軍事強(qiáng)國比拼較量的新戰(zhàn)場。
令人著迷的“黑色黃金”
還記得動畫電影《超能陸戰(zhàn)隊》里的機(jī)器人“大白”嗎？這個感動了無數(shù)人的醫(yī)療機(jī)器人的原型，體內(nèi)骨骼正是由碳纖維材料打造，這才讓外形軟綿綿的他能經(jīng)受住碾壓摔打。事實上，就連此前曾經(jīng)為超重問題所困擾的F-35戰(zhàn)斗機(jī)，最終也是靠著使用多達(dá)35%的碳纖維復(fù)合材料才得以實現(xiàn)飛天夢想。被譽(yù)為“黑色黃金”的碳纖維，早已在國防軍事領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，是火箭、衛(wèi)星、導(dǎo)彈、戰(zhàn)斗機(jī)和艦船必不可少的基礎(chǔ)材料。
碳纖維的起源最早可追溯至1860年，英國人瑟夫·斯旺在制作電燈燈絲時發(fā)明了碳纖維并獲得了專利。碳纖維真正迎來研究應(yīng)用“井噴”階段，還是20世紀(jì)50年代之后的事。1958年，美國研究人員首次發(fā)現(xiàn)了高性能碳纖維，日本和英國研究人員緊隨其后，對碳纖維的性能進(jìn)行改進(jìn)升級。到20世紀(jì)70年代，碳纖維材料開始在戰(zhàn)斗機(jī)結(jié)構(gòu)件上嶄露頭角，F(xiàn)-15、B-1、F-16以及F-18等戰(zhàn)斗機(jī)上都能看到碳纖維材料的身影。除美國空軍的F-22和F-35戰(zhàn)斗機(jī)大量采用碳纖維復(fù)合材料外，X-47B、“全球鷹”等裝備更是借助碳纖維材料，實現(xiàn)了有效載荷、續(xù)航能力和生存能力的大幅度提升。
用“堅如磐石、韌如發(fā)絲”來形容碳纖維材料毫不為過。別看碳纖維材料像紡織纖維一樣柔軟可加工，卻是一種強(qiáng)度比鋼大，且耐腐蝕、耐高溫、導(dǎo)電導(dǎo)熱性好的新一代高性能材料。
展開 為什么材料越薄越硬、孔越小應(yīng)力越不集中？經(jīng)典力學(xué)算不準(zhǔn)的真相
高階項復(fù)雜難處理
通過ALM自然處理
工程應(yīng)用前景
MEMS器件設(shè)計：準(zhǔn)確預(yù)測微結(jié)構(gòu)的剛度，避免過度保守設(shè)計增材制造：考慮打印微觀結(jié)構(gòu)尺度的力學(xué)行為優(yōu)化生物力學(xué)：骨骼、軟組織等具有特征微結(jié)構(gòu)的材料建模壓痕測試：正確解讀微納壓痕數(shù)據(jù)，區(qū)分真實材料參數(shù)與尺寸效
七、從"數(shù)學(xué)點"回到"物理實體"
回歸物理本質(zhì)：經(jīng)典力學(xué)的失效不是因為數(shù)學(xué)不夠復(fù)雜，而是因為忽略了"材料點"實際上有有限尺寸這一基本事實。
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其中材料參數(shù)需要自己根據(jù)自己使用的材料填，屬性對應(yīng)的材料自動匹配，屬性對應(yīng)的shell單元壁厚根據(jù)components名稱自動匹配。結(jié)果參考圖片。
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