Abaqus基于粘彈性本構(gòu)的復(fù)合材料固化變形分析

復(fù)合材料制件成型過(guò)程中，由于材料自身的各向異性、樹(shù)脂基體的化學(xué)收縮反應(yīng)以及模具作用等因素的影響，導(dǎo)致制件成型過(guò)程中產(chǎn)生殘余應(yīng)力，引起固化變形，從而增加制造成本和裝配難度。因此，合理預(yù)測(cè)制件固化過(guò)程中殘余應(yīng)力的發(fā)展，計(jì)算制件的固化變形量，成為降低制造成本、提高生產(chǎn)效率的重要手段。

復(fù)合材料固化成型仿真主要包括三個(gè)部分：熱-化學(xué)模型，固化動(dòng)力學(xué)方程和固化本構(gòu)。http://www.yqgqt.org.cn/content/post/1261705中介紹了固化成型過(guò)程中的熱化學(xué)模型和固化動(dòng)力學(xué)方程。為了進(jìn)一步研究復(fù)合材料的固化變形過(guò)程，本文又引入了粘彈性本構(gòu)模型，采用完全熱力耦合的分析方法，預(yù)測(cè)了復(fù)合材料的固化變形。

目前常用的固化本構(gòu)模型包括：線彈性模型，路徑依賴模型和粘彈性本構(gòu)模型。

Zocher等提出的粘彈性本構(gòu)模型其本構(gòu)關(guān)系和應(yīng)力增量方程為：

其中

式中St_im是歷史狀態(tài)變量

其中，增量步內(nèi)的折算時(shí)間

式中，Cu_ij和Cf_ij分別為完全松弛剛度和未松弛剛度；a_T、W_m和τ_m分別為轉(zhuǎn)換因子、權(quán)重系數(shù)和松弛時(shí)間。松弛時(shí)間和權(quán)重因子如下

通過(guò)Umat子程序編寫粘彈性本構(gòu)模型，結(jié)合Hetval、Disp等子程序進(jìn)行固化成型過(guò)程分析。有限元模型如下圖所示，包括復(fù)合材料及模具。在回彈分析時(shí)，通過(guò)Model Change 移除模具。

固化過(guò)程中的溫度和固化度關(guān)系的關(guān)系如圖所示

計(jì)算得到的溫度和應(yīng)力的關(guān)系如圖所示

固化過(guò)程中的應(yīng)力場(chǎng)如下圖所示

移除模具后，可以得到復(fù)合材料的回彈變形如圖所示

有關(guān)于子程序二次開(kāi)發(fā)或者復(fù)材仿真的問(wèn)題可以聯(lián)系QQ1653004885或者關(guān)注CAE320公眾號(hào)