Abaqus基于粘彈性本構的復合材料固化變形分析

復合材料制件成型過程中，由于材料自身的各向異性、樹脂基體的化學收縮反應以及模具作用等因素的影響，導致制件成型過程中產生殘余應力，引起固化變形，從而增加制造成本和裝配難度。因此，合理預測制件固化過程中殘余應力的發展，計算制件的固化變形量，成為降低制造成本、提高生產效率的重要手段。

復合材料固化成型仿真主要包括三個部分：熱-化學模型，固化動力學方程和固化本構。http://www.yqgqt.org.cn/content/post/1261705中介紹了固化成型過程中的熱化學模型和固化動力學方程。為了進一步研究復合材料的固化變形過程，本文又引入了粘彈性本構模型，采用完全熱力耦合的分析方法，預測了復合材料的固化變形。

目前常用的固化本構模型包括：線彈性模型，路徑依賴模型和粘彈性本構模型。

Zocher等提出的粘彈性本構模型其本構關系和應力增量方程為：

其中

式中St_im是歷史狀態變量

其中，增量步內的折算時間

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分別為轉換因子、權重系數和松弛時間。松弛時間和權重因子如下

通過Umat子程序編寫粘彈性本構模型，結合Hetval、Disp等子程序進行固化成型過程分析。有限元模型如下圖所示，包括復合材料及模具。在回彈分析時，通過Model Change 移除模具。

固化過程中的溫度和固化度關系的關系如圖所示

計算得到的溫度和應力的關系如圖所示

固化過程中的應力場如下圖所示

移除模具后，可以得到復合材料的回彈變形如圖所示

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