孔洞的案例
simufact.forming孔洞閉合分析
對于研究鑄造過程產生的一些缺陷，比如孔洞、間隙、氣孔等，在接下來的成形工藝（鍛造、沖壓等），本文主要提供一種研究鐓鍛過程中孔洞閉合。simufact.forming研究的方法主要有三種：
1）從鑄造軟件（如procast）中讀取鑄造分析結果，結果中有一些孔洞、氣孔等缺陷的結果，在simufact中進行分析；
2）相對密度法：在simufact中通過定義相對密度，有間隙、孔洞的地方相對密度較小，孔洞間隙較少的地方相對密度較大，這樣對過成形后，相對密度分布，從而分析成形過程中孔洞、間隙等閉合情況；
3）簡化幾何模型，將幾何模型上劃分一些空洞，定義不同形狀，來進行直接的成形分析；
本文主要講述后兩種方法：
相對密度法：
建模過程與其它成形分析建模過程類似，不同之處在于為工件定義相對密度分布：內部相對密度0.8外部相對密度0.99，成線性分布；
初始相對密度分布：
成形后相對密度分布：
另外一種方法既是實際建出空洞模型，看成形過程孔洞的閉合情況，可以隨意建一些孔洞的形狀，這里建了三個孔洞，僅用于示例：（可以采用對稱模型，也可以采用全模型）
成形后孔洞形狀：
.
空洞閉合過程中，即發生網格的折疊重合，FE方法不容易收斂，建議使用有限體積法（FV)
展開 abaqus隨機孔洞纖維模型 ￥10
abaqus二維隨機圓形、橢圓形孔洞纖維模型。
ANSYS：填補孔洞
工程師可將計算機斷層攝影(CT)掃描用于確定通過金屬增材制造技術生產的部件中是否存在孔洞或雜物等缺陷，但在過去卻無法確定此類副產品會如何影響性能。業界已研發出一套能將CT圖像轉換成有限元模型的新流程，可用于預測成品部件的機械特性。
Save PDF訂閱
“根據CT掃描數據來仿真成品部件性能這一新方法，正被用于對TARANIS航天器的支架進行驗證。”
TARANIS衛星將用于研究高空雷暴。
在生產專用于航空航天和國防應用的關鍵組件時，首先必須對相關材料和工藝進行正式認證，才能證明這些組件是否可以發揮預期的功能。金屬增材制造技術的日益廣泛應用帶來了驗證難題，因為在這種一層一層逐步制造部件的增量過程中有可能產生不一致性風險，而傳統的制造方法則不會存在這種問題。微小缺陷通常可采用CT掃描進行檢測，這就帶來了以下問題?它們對部件性能會產生哪些影響？根據CT掃描數據仿真成品部件性能這一新方法，正被用于對TARANIS航天器的太陽組件傳感器(SAS)支架進行驗證。
在距離地面20到100千米高度的大氣層中，一直存在著2000多處活躍雷暴。這些瞬態發光事件最近才得以發現，其中每個都能在每秒產生50到100次閃電，因此現有知識僅限于從地面觀察發光情況。為了更深入地了解雷暴區域對地球大氣層、電離層和磁層的影響，負責制定和實施法國太空政策的法國國家太空研究中心(CNES)將發射一顆TARANIS微衛星，以從700公里的高度觀測這些雷暴區域。
TARANIS微衛星的高度與軌道控制系統(AOCS)將能精確確定和控制衛星的定位。AOCS采用SAS來探測太陽方位。SAS支架可為傳感器提供180度清晰視圖。它安裝在用于旋轉傳感器的裝置上，從而在任何衛星方位都能夠觀察到太陽。
展開 GTN損傷模型介紹及案例演示
這里介紹內容主要參考文獻《On the extension of the Gurson-type porous plasticity models for prediction of ductile fracture under shear-dominated conditions》
GTN模型作為細觀損傷最經典的模型廣泛應用于金屬材料的損傷行為建模，其理論模型起源于1968年的McClintock模型以及RT模型，其中McClintock首次將金屬的韌性斷裂與微孔洞進行關聯起來，并得到了橢圓柱孔洞的擴張表達形式，而Rice和Tracey則通過變分原理推導出了理想剛塑性材料的孔洞擴展表達方程，其中提到了孔洞擴張與應力三軸度和lode參數有關。Gurson在此基礎上通過分析有限大基體中微孔洞模型，首次建立了孔洞演化和塑性勢的關系，并提出了一套比較完善的損傷本構方程。
Gurson模型相比于傳統的Mises模型（塑性變形體積不可壓縮）考慮了靜水應力和孔洞體積分數的關系，認為最終的宏觀斷裂是孔洞在塑性變形下體積分數不斷增加，以及孔洞之間相互聚集造成的。并給出了響應的屈服方程：
其中q是Mises等效應力，σH是宏觀靜水應力，σM是基體等效應力，f是孔洞體積分數（f=1材料完全失效，f=0材料完好）。當f=0時模型可以退化為經典的Mises屈服模型。當f逐漸增大時，屈服面逐漸收縮，即材料承載能力隨著材料內部的微孔洞生長逐漸降低。
展開 
GTN模型文章推薦（二十）
之后作者設計了表示純拉伸和純剪切這兩類應力狀態的拉伸試樣，如下圖
通過拉伸實驗的斷口分析：作者驗證了拉伸狀態下，材料的斷口由數量較少的的大孔洞和數量較多的二級微孔洞組成，表明材料是孔洞控制型失效，
而剪切破壞的試樣的表面斷口并無明顯的凹坑，相反出現了明顯的滑移痕跡，因此可以認為是剪切主導失效
有限元模擬也驗證了作者的觀點，拉伸失效的材料與剪切失效材料的自由表面與中心面的損傷發展存在明顯不同，拉伸的中心對稱面的損傷明顯先于外表面，而剪切中心與外表面則無明顯區別，如下圖所示：
同時，作者也詳細對比了失效位置的損傷組成和孔洞發展情況，其差別表現為，拉伸樣品的損傷組成中，剪切只有很小一部分，而剪切試樣中，孔洞演化對損傷的貢獻則很小，拉伸損傷中，前期損傷主要由孔洞生長貢獻，當基體的等效塑性應變高于0.4時，其貢獻主要由孔洞生長貢獻。而剪切失效試樣，則在全過程，孔洞形核的貢獻均高于孔洞生長。
之后，作者為了評估MSG理論引入對材料預測精度的影響，將新提出的模型與原始剪切修正模型做了詳細對比如下圖：
具體而言，MSG引入的影響為：相比于原始模型，引入MSG后在拉伸損傷中，延緩了孔洞的演化，預測材料的延性更接近實際情況，而在剪切損傷中，促進了剪切損傷的發展，預測的延性低于原始模型，也更接近真實情況，因此可以看出，這種建立在考慮微觀材料演化的本構模型其預測能力更強，并且因為考慮了尺寸效應，其預測能力在小尺寸構件中的預測能力會明顯強于原始宏觀模型。
展開 Moldex3D模流分析之Generate Surface
注：在點擊指令及選擇面之間，用戶可在指令欄切換是否要在表面網格生成后檢查網格質量
填補網格空洞 (Mesh Holes (Mesh from One Closed Polyline))
填滿網格的孔洞。
1.在 Moldex3D Mesh 工具欄中點擊 Mesh Holes （封閉孔洞網格），或在指令行輸入 _MDXMeshHoles。
2.在「Select closed curves」提示時，選取定義要填滿孔洞的封閉曲線。選擇后，點擊 Enter 鍵。
3.網格會自動填滿這些孔洞，建立的網格會放置在目前的圖層。
范例
1.首先請產生圍繞著這些孔洞的封閉曲線。點擊 Check Free Edge（檢查自由邊），或使用指令 _MDXCheckMeshFreeEdge，并選取包含孔洞的網格。如下圖所示，按下 Enter 鍵會產生網格上的自由邊 (以紅色標示)。
具有孔洞與自由邊的網格
2.在 Moldex3D Mesh 工具欄中點擊 Mesh Holes (封閉孔洞網格)，或在指令行輸入 _MDXMeshHoles 并按下 Enter 鍵。
3.在 [Select closed curves] (選取封閉曲線) 提示上，選取四條封閉曲線。選擇后，點擊 Enter 鍵。
4.四個孔洞被網格填滿，此新建立的網格會放置上目前圖層上。
已填滿的網格孔洞
填補兩封閉曲線間的網格空洞 (Mesh an Annulation (Mesh from Two Closed Polylines))
填滿環狀網格間隙。
展開 防火封堵材料的分類
1、按用途分類
防火封堵材料按用途可分為：孔洞用防火封堵材料、縫隙用防火封堵材料、塑料管道用防火封堵材料三個大類：
1）孔洞用防火封堵材料是指用于貫穿性結構孔洞的密封和封堵，以保持結構整體耐火性能的防火封堵材料；
2）縫隙用防火封堵材料是指用于防火分隔構件之間或防火分隔構件與其他構件之間（如：伸縮縫、沉降縫、抗震縫和構造縫隙等）縫隙的密封和封堵，以保持結構整體耐火性能的防火封堵材料。
3）塑料管道用防火封堵材料是指用于塑料管道穿過墻面、樓地板等孔洞時，用以保持結構整體耐火性能所使用的防火封堵材料及制品。
外墻防滲漏如何做？優秀節點圖收藏學習！
質量控制點
1、基層清理鑿毛
2、澆水濕潤
3、混凝土密實度
砌體外墻孔洞封堵
1 穿墻鋼管或懸挑型鋼取出
取出孔洞內鋼管及預埋件，清除孔洞內垃圾 及周邊 殘留的砌筑砂漿
2 基層濕潤
澆水濕潤孔洞及周邊范圍 100mm 以上
3 兩側支模
支洞口兩側模板，模板超出洞口上方 100mm
4 澆筑混凝土
澆筑 C20 細石混凝土（摻防水劑和膨脹劑）， 充分插搗密實
5 兩側拆模
混凝土兩側模板在 2~3d 后拆除
6 鑿除凸出混凝土及修補
拆模后，鑿除表面凸出的多余混凝土。外側 孔洞表面有缺陷須用 1:2 水泥砂漿修補
7 外墻保溫及裝飾面層施工
按圖紙要求，施工保溫及外墻裝飾面層
做法說明及節點詳圖
做法說明：本做法適用于±0.00 以上砌體外墻。本做法適用于腳手架、 塔吊施 工電梯等穿墻鋼管或懸挑型鋼拆除后孔洞的封堵.一般情況 下，孔洞尺寸小于等 于 100mm 時，可用水泥砂漿（添加防水劑及膨脹劑) 分次堵塞。當孔洞尺寸大于 100mm 時，須采用細石混凝土封堵，方法如下所述。
展開 abaqus剪切修正GTN模型的VUMAT子程序開發
GTN模型是韌性斷裂的一個廣為人知的微觀力學模型，考慮了基體材料的孔洞形核，生長，聚集，其損傷具有明顯的物理意義。然而由于原始gurson模型在低應力三軸度下預測的孔洞形核和孔洞生長非常小，同時模型假設為球型孔洞，在低應力三軸度下，孔洞通常呈現非球形，因此在剪切為主的損傷問題中，GTN模型的應用存在適用性問題，Pardoen and Hutchinson針對空隙形狀發展了考慮孔洞形狀極其影響機制的擴展GTN模型，Nahshon and Hutchinson提出的考慮剪切效應的擴展GTN模型，這里主要說明第二類擴展，即剪切擴展模型。NH-GTN模型雖然可以得到很小，甚至負應力三軸度下的損傷預測，但模型在高應力三軸度下，相同參數情況下，預測剪切效應過大
針對該問題，作者在文章中提出了擴展NH-GTN模型，可以在不改變剪切失效系數情況下，實現對低，中，高應力三軸度的合理預測。
這里對相應的算法進行簡要說明：
NH-GTN模型
屈服函數：
其中等效孔洞體積分數定義為：
孔洞體積分數包含新孔隙形核，原有空隙生長以及剪切相關的等效體積分數增加：
形核，生長，剪切相關體積分數的演化遵循：
其中：
剪切效應的修正，考慮應力狀態的影響
參數的物理含義如下
通過將文獻中的數值算法編程實現在VUMAT子程序中，可以用來實現對延性金屬材料在不同應力狀態下的損傷演化進行合理的數值預測，應用于金屬成型領域（沖壓，軋制，擠壓等）
預測修正后的模型應該在簡單拉伸情況下于abaqus自帶的GTN模型保持相同的損傷和其他狀態變量的分布，并在剪切情況中損傷發展顯著高于abaqus自帶的模型（自帶的模型忽略了剪切效應）。
展開 剪切修正GTN模型理論與驗證
GTN模型是韌性斷裂的一個廣為人知的微觀力學模型，考慮了基體材料的孔洞形核，生長，聚集，其損傷具有明顯的物理意義。然而由于原始gurson模型在低應力三軸度下預測的孔洞形核和孔洞生長非常小，同時模型假設為球型孔洞，在低應力三軸度下，孔洞通常呈現非球形，因此在剪切為主的損傷問題中，GTN模型的應用存在適用性問題，Pardoen and Hutchinson針對空隙形狀發展了考慮孔洞形狀極其影響機制的擴展GTN模型，Nahshon and Hutchinson提出的考慮剪切效應的擴展GTN模型，這里主要說明第二類擴展，即剪切擴展模型。NH-GTN模型雖然可以得到很小，甚至負應力三軸度下的損傷預測，但模型在高應力三軸度下，相同參數情況下，預測剪切效應過大
針對該問題，作者在文章中提出了擴展NH-GTN模型，可以在不改變剪切失效系數情況下，實現對低，中，高應力三軸度的合理預測。
這里對相應的算法進行簡要說明：
NH-GTN模型
屈服函數：
其中等效孔洞體積分數定義為：
孔洞體積分數包含新孔隙形核，原有空隙生長以及剪切相關的等效體積分數增加：
形核，生長，剪切相關體積分數的演化遵循：
其中：
剪切效應的修正，考慮應力狀態的影響
參數的物理含義如下
通過將文獻中的數值算法編程實現在VUMAT子程序中，可以用來實現對延性金屬材料在不同應力狀態下的損傷演化進行合理的數值預測，應用于金屬成型領域（沖壓，軋制，擠壓等）
預測修正后的模型應該在簡單拉伸情況下于abaqus自帶的GTN模型保持相同的損傷和其他狀態變量的分布，并在剪切情況中損傷發展顯著高于abaqus自帶的模型（自帶的模型忽略了剪切效應）。
展開 鋁合金消失模鑄造中縮孔的數值模擬
Littleton(阿拉巴馬大學，伯明翰市，美國)
美國鑄造學會(版權2008)摘要在全球大多數鑄造廠中鋁合金鑄件上孔洞問題一直成為導致廢料的首要原因。研究表明：敞口鑄型中一些減少鋁鑄件縮孔及縮松的改進方法已取得了不同程度的成功，然而消失模鑄造中充型行為很明顯不同于敞口鑄型，并且減少孔洞的方法并沒有取得同樣的效果。
過去三十年里鑄造仿真軟件一直被沿用至今，并已成功地預測出鋼件孔洞的發生位置。由于鋁合金具有更寬的凝固區間并且缺少相關準確的數據，致使其孔洞變得更難預測。在消失模鑄造中，由于鋁合金溫度梯度變化極其復雜，所以仿真軟件不能準確預測出相對較大的孔隙。
通過增加更準確的凝固熱物性數據并且修正凝固模塊的子程序，使得仿真軟件更準確地預測鋁合金消失模鑄造的縮孔發生位置。凝固模擬可以在數個小時內完成，利用新數據的仿真結果與實際鑄件在顯微觀察結果更接近。
對同一鋁合金系統來說，利用新數據模擬的冷卻曲線要比利用公布數據的結果更加準確。仿真后孔洞出現在實驗結果的幾毫米范圍內，這比公布數據得出結果更準確。
引言
過去二十年里，由消失模鑄造(LFC)生產鋁合金件的數量已增長了超過1000％ ，并且在當前經濟放緩的情況下新投產的消失模鑄造廠的數量仍能以一個相對較高速度增長。消失模鑄造是一種非常節約成本的鑄造方法，這緣于其具有可分開的工藝流程，許多復雜而小批量的零組件都可以通過單一的消失模型澆注成型。許多加強件都是由消失模鑄造成型的，由于其工藝可以降低總成本和減少鑄件的廢料，所以在現代的鑄造方法中消失模鑄造被當作首選。如果完全了解并掌握消失模鑄造
各階段的工藝，那么就有可能會生產幾乎沒有加工余量的鑄件，但鑄件產生不連續的縮孔成為一個大問題。
為了獲得高質量的消失模鑄件，利用計算機對金屬液流動、充型過程和凝固過程仿真是一個必不可少的步驟。
展開 
IJP：非均相多晶體中尺寸相關的微孔生長
在有限元模擬中，作者采用C3D10M單元和梯度網格法對孔洞RVE模型進行網格劃分，對于不同微孔尺寸的RVE模型，其網格尺寸梯度是相同的。如圖2(a) -2 (c)中的Ori-1、Ori-2和Ori-3。在這些反極圖中，含有粒間微孔(即位于雙晶晶界處的微孔，如圖1(b)所示)的晶粒用紅色和綠色標記。在{T = 1, L =?1}處，局部CP模型和非局部CP模型模擬的孔洞增長結果如圖3(a) - 3(c)所示，分別對應于圖2(a) - 2(c)所示的不同晶粒取向情況下的RVE模型。圖3(a)所示的Ori-1晶粒取向分布可以看出，沒有SG效應的微孔生長速率f/f0明顯高于有SG效應的微孔生長速率f/f0。也就是說，SG能顯著降低微孔的生長速率。在沒有SG效應和有SG效應的情況下，都可以清楚地觀察到微孔生長的尺寸效應(即微孔越大，其生長速度越快)，一方面，在不考慮SG效應的情況下，微孔洞周圍的塑性變形場不依賴于微結構的絕對幾何尺寸;然而，即使沒有這種SG效應，相應的模擬孔洞增長(見圖3所示的藍線)仍然是大小相關的。另一方面，非局部本構關系考慮SG和本征材料長度l時，微孔周圍的塑性變形場依賴于所有材料微觀結構的絕對幾何尺寸，由塑性應變梯度(與微孔的絕對尺寸有關)引起的孔洞生長尺寸效應被稱為第二類(由塑性應變梯度引起)尺寸效應。因此，可以推測這些情況下微孔生長的捕獲尺寸效應應該是由微孔周圍的晶粒尺度非均勻變形引起的，這與微孔與晶粒的尺寸比有關。這種現象被稱為第一種孔洞增長尺寸效應。SG效應降低了微孔洞的生長速率，這可能是由于GNDs對基體的硬化作用，使相鄰晶粒之間的變形不相容。SG能顯著降低微孔的生長速率。如圖4所示，在微孔周圍累積的等效塑性滑移γ等值線(r0 = 5l)可以進一步驗證這一點。
展開 GTN損傷模型計算中的網格依賴性
GTN模型基于孔隙率（porosity）理論，認為材料中存在著許多孔洞或微缺陷，這些孔洞或微缺陷是材料發生損傷的主要因素。GTN模型假設材料中的孔洞是圓形的，并假定孔洞之間不存在相互作用。
GTN模型中，通過三個參數來描述材料的損傷行為：材料的孔隙率（porosity）、材料的強度（yield strength）和材料的韌性（fracture toughness）。其中，孔隙率是材料中孔隙的占據體積比，強度是材料的
屈服強度，韌性是材料的斷裂韌性。
GTN模型通過一個體積分數函數（void volume fraction function）來描述孔隙率的變化。體積分數函數與材料中的孔隙率之間存在線性關系，可以表示為：
f = V_v / V_m
其中，f為體積分數函數，V_v為材料中的孔隙體積，V_m為材料的總體積。
GTN模型假定材料中的孔隙對應于一些虛擬的顆粒，這些顆粒與材料中的晶粒一樣具有一定的大小和形狀。通過定義一個孔洞半徑，GTN模型可以計算出材料中的孔洞數量。
GTN模型中的強度和韌性參數可以通過實驗測定來確定。一旦確定了這些參數，就可以使用GTN模型來預測材料在不同應變速率下的應力-應變曲線、斷裂韌性和孔洞形變行為等。
需要注意的是，GTN模型只適用于具有孔隙的金屬材料，而不適用于其他類型的材料。此外，GTN模型中的一些假設可能與實際情況存在一定的差異，因此在實際應用中需要進行適當的修正和調整。但使用損傷模型計算時相比較彈塑性對于網格的要求更加嚴格，即網格敏感性更高。網格敏感性是指結果的準確性和精度取決于網格劃分的精度和密度。因此，為了減少網格依賴性，可以采用以下方法：
增加網格密度：通過增加網格數量和細化網格，可以提高模型的精度。但是，這會導致計算成本的增加。
展開 改進型緊湊拉伸試樣疲勞裂紋擴展分析-ANSYS Workbench ￥3
研究的主要目標是展示裂紋擴展路徑的數值模型，并研究孔洞對改進型緊湊拉伸試樣（MCTS）在恒定振幅載荷條件下疲勞裂紋擴展和疲勞壽命的影響。研究使用了ANSYS Mechanical (Workbench)軟件，利用ANSYS中的智能裂紋擴展技術來準確預測裂紋擴展路徑和相關的疲勞壽命。巴黎定律模型被用來評估不同配置的MCTS在線性彈性斷裂力學（LEFM）假設下的混合模式疲勞壽命。這種方法涉及準確評估應力強度因子（SIFs）、裂紋擴展路徑，并通過增量裂紋擴展分析進行疲勞壽命評估。疲勞裂紋擴展結果表明，疲勞裂紋總是被孔洞吸引，因此它要么只能彎曲其路徑并向孔洞擴展，要么只能在孔洞丟失后從孔洞處漂浮并進一步擴展。在混合模式載荷條件下的裂紋擴展軌跡方面，本研究的結果與文獻中發表的幾項裂紋擴展實驗結果相似，這些實驗觀察到了類似的結果。
3. : Setup
拖動Static Structural Analysis 到 ANSYS Workbench中:
4. : Engineering Data (Material Model)
o 選擇的材料為"SAE 1020 Carbon Steel".
展開 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 