如何通过激活材料仿真制造工艺

激活比例因子设置定义了弹性刚度的权重，借此模拟不存在的材料。因子的默认值为 10^-5，你可以根据需要进行修改。但是，过小的值会使刚度矩阵变得病态。

软件提供了两个内置变量来描述激活/非激活状态：

• isactive
• wasactive

变量isactive指示材料当前处于激活/非激活状态，而变量wasactive指示在仿真过程中，材料在之前的任何时间点上是否曾处于激活状态。在包含solid标记的固体力学接口中，描述材料当前状态的变量则写作solid.isactive。在某些情况下，wasactive变量可用于简化激活表达式的公式，我们将在下文详述。

注意：如果材料经历过多次激活/失活事件，则在每一个被激活瞬间，弹性应变都会被消除。这意味着无论之前如何经历激活或失活，材料始终在无应力状态下被激活。非弹性应变，例如塑性应变，则不会被消除。

我们来看一些如何使用激活节点的案例。

案例 1：逐点激活

我们假设一个简单的二维示例。你希望使材料随时间t的推移逐渐沿y方向激活。想象的“激活前沿”以速度vel向前推移，因此被激活材料的区域由公式Y给出。我们将它输入到激活表达式栏中，如下图所示。

逐点材料激活的激活表达式。

为了解释这一点，想象一个包含四个积分点（高斯点）的实体四边形单元，如下图所示。我们可以通过计算上文的激活表达式，使每个积分点单独被激活。在实践中，这意味着如果单个网格单元拥有多个积分点，那么它可以实现部分激活。

对网格单元中的各个积分点进行激活。

案例 2：逐单元激活

现在考虑另一种情况：使整个网格单元激活，但并非基于单个积分点。为此，你需要修改激活表达式，改成在每个网格单元中对每个积分点进行同等计算。这一操作可以利用质心运算符来完成。我们修改了上一个案例中的激活表达式，如下图所示。现在，我们在网格单元质心上计算Y坐标，这意味着对于网格单元中的所有积分点，激活表达式将获得相同的值。

逐单元材料激活的激活表达式。

在下图中的网格单元内部，我们对单元质心运算了激活表达式，所以四个积分点均处于被激活状态。

通过使用质心运算符对网格单元中的所有积分点进行激活。

案例 3：使用之前的激活状态

假设你需要模拟激光熔覆工艺，在工艺过程中，填充材料随着时间的推移熔化并沉积。激光束位置随时决定材料的沉积位置。工艺过程开始后，激光束的整个轨迹限定了之前被激活材料的区域。（关于模拟激光束运动的详细信息，请阅读介绍移动载荷与约束建模的博客文章。）借助变量wasactive，我们不必以通过数学方式描述激光束轨迹。这类情况的激活表达式可以表述为：

(描述激光束当前位置的逻辑表达式）|| solid.wasactive

该表达式规定，如果“描述激光束当前位置的逻辑表达式”为真，或者如果材料在仿真的任何之前时间（或参数步骤）曾处于被激活状态，则材料处于激活状态。如果激活表达式没有使用wasactive变量，那么激光束经过后，材料将变成失活状态，这很可能与预期效果相反。

结果可视化

假设你模拟过了材料随时间沉积的时间依赖性工艺，那么仅显示域中被激活部分的结果这一功能或许会吸引你的兴趣。如下图所示，在过滤器节点下的包含逻辑表达式中添加变量isactive，即可实现这项操作。请注意，根据选定的运算类型，与定义在网格单元的积分点上的基础变量isactive相比，isactive的过滤结果可能稍有不同。

使用过滤器节点仅显示域中被激活部分。

关于激活节点的结语

在本篇博客文章中，我们描述了在仿真过程中使用激活节点实现材料激活的不同方法。利用激活节点，我们可以轻松地模拟不同类型的制造工艺（例如焊接和增材制造）的材料沉积过程。如果你想要查看使用激活节点的模型，请单击下方按钮，查看“案例下载”中的“层合板的热预应力”案例。请注意，你必须拥有 COMSOL Access 帐户和有效的软件许可证，才能下载相关的 MPH 文件。