沪漂一年，我却离职了！但我仍相信“仿真大有可为”
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导读：沪漂一年，我却离职了！笔者力学科班出身，为力学献身七年，硕士毕业后来到上海一家公司从事汽车有限元仿真相关的工作。众所周知，仿真已经在汽车开发中起到了举足轻重的作用，结合亲身感受，下面谈谈一年多来在仿真方面的看法，如有不当，欢迎批评指正。一些新兴行业，正引入有限元技术，建立一个完善标准体系之前，入坑，必定吃上一波红利，毕竟站在风口上，猪都能飞起来。行业强，则仿真强；行业兴，则仿真兴！因此选对方向，速度才有意义。1、仿真技术发展已经十分成熟。有限元技术经过80多年来的发展已经非常成熟，有限元的大厦已经完备，较大的突破几乎没有了。发展成熟最重要的标志就是仿真工具，这些工具都是有限元思想的集大成者，例如ABAQUS、ANSYS、COMSOL、Hyperwork等，在细分领域也出现了各种软件，例如流体软件FLUENT、热处理ICEPACK、电磁领域Maxwell等。2、仿真行业日趋流程标准化。十个人去做同一个仿真，可能有十个显著不同的结果。如何保证结果的一致性？答案是流程化。没有标准，不成方圆。有了标准，大家就有一个共同的参考。有了流程化，就可以大批量复 制。3、仿真从业者的门槛降低了。现在的软件集成度已经十分高了，有限元的思想过程已经封装的面目全非。仿真从业者不需要懂得仿真知识，按照标准化流程，很快也能上手，专业壁垒已经被打破。例如，博主身边就有文学专业、财务专业者从事结构、流体等仿真，同样做得有声有色，甚至比工科专业做仿真的福利待遇好！虽然我们有工科背景的人理论更加扎实，但是具体到某一个方向的仿真圈子就那么大，也只是在前两年相比文科类专业有优势，两年之后无差别！ 4、仿真内卷严重，天花板较低。仿真技术的成熟、流程化意味仿真的天花板比较低。人人都做仿真，人人都会仿真，你的工作是可轻松替换的。我一直认为薪酬是衡量一个行业天花板的重要因子。相比计算机、人工智能、电子信息等行业，仿真从业者的薪酬那简直惨不忍睹。仿真人怎么体现自己的价值，仿真到底可以做什么是我们需要深思熟虑的问题。在我看来，仿真在许多领域仍然大有可为。现在有限元技术已经发展成熟，它的重点是是应用。例如，在生活中有不少具有蠕变和应力松弛现象的例子。例如在灯柱之间，灯丝圈会随着时间不断下垂变长，这是灯丝自身重量引发的蠕变。冰川滑移也与蠕变有关。紧固件如密封圈在放置一段时间后变松了，这是因为发生了应力松弛现象。打包带变松，紧绷的橡皮筋变松等都是应力松弛现象。在一些产品设计如压力容器，蠕变和应力松弛可能引起产品失效，此时蠕变和应力松弛是需要重点考虑的因素。1、问题描述
用Abaqus软件分别对蠕变和应力松弛进行仿真并给出其蠕变和应力松弛曲线。
2、仿真模拟
本节将建立蠕变和应力松弛的仿真模型，模拟这两种力学过程，并介绍了其主要的操作路程和分别展示了仿真结果。蠕变和应力松弛模拟过程是相似的，在ABAQUS里可分成static general和visco两个分析步完成，并且需要打开非线性功能，不然分析容易报错。
3、蠕变
蠕变的经典曲线如图2所示，可分为三个阶段。（1）初始蠕变阶段：应变速率随着时间增加而放慢，最后达到一个接近常数的值。（2）稳态蠕变阶段，应变速率接近常数。但是需要注意的是应力和应变率的关系随蠕变机制不同而不同。（3）加速蠕变阶段，应变率随应变增大而指数性增加。建立如图1蠕变模型，设置如图3所示材料属性。弹性模量为200GPa,泊松比为0.3。蠕变模型选择为Plasticity-Creep，使用Time-Hardening硬化，材料参数如图所示。
分析步如图4所示，注意在输出后处理场时输出蠕变应变CE。
在Load中施加大小为3000N，方向竖直向上的集中力。为了避免应力集中，这里使用了等式约束，约束上表面一个点与上表面其他点在竖直方向相对位移为0。图6为应变随时间变化的曲线，可知与经典蠕变曲线不一致，这是因为蠕变机制不同而导致的。图7为应力随时间变化曲线，在蠕变阶段应力恒定不变。这与蠕变的定义“在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象”是高度一致的。
应力松弛
经典的应力松弛曲线如下图所示，应力变化主要包含两个阶段。（1）快速下降阶段，应力随着应变增大而指数型减小。（2）平缓阶段，这一阶段应力随着应变增大而缓慢减小。
图8 经典应力松弛曲线
应力松弛和蠕变的有限元模型是一样的，操作流程也相同。应力松弛不一样的地方在于材料属性和施加的载荷不同。应力松弛使用了单轴拉伸数据和Prony粘弹性弹性本构。
松弛实验通常是施加的位移载荷，在竖直方向施加大小为100mm的位移，松弛时间为100s。图10为松弛实验中应力随时间变化的曲线，很明显与经典松弛曲线是一致的，应力在松弛初始阶段随时间快速下降，随着松弛时间变长，应力下降趋于平缓。图11为应变随时间变化的关系，这与“应变保持不变，应力随时间延长而降低的现象”的应力松弛的定义也是较为吻合的。三、结论
蠕变和应力松弛是产品设计中经常需要考虑的风险因素，会对材料进行蠕变和应力松弛分析变得相当重要。本案例对蠕变和应力松弛进行了模拟，并用其定义验证了蠕变和应力松弛曲线的准确性。
下图是笔者在仿真秀平台做的直播分享，欢迎大家扫描二维码回看。
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