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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