Ansys Workbench 膠粘凝固過程,變形等效仿真
問題:
最近遇到一個仿真項目:一個光滑薄板粘貼在基板上,要求評估膠粘凝固后平面的變形量。作為一位結構仿真工程師,關于膠粘凝固過程的仿真——膠水由液態變為固態,似乎和結構仿真沒什么關系,自己也不知道如何進行計算。所以就查詢了deepseek和豆包,然后就知道了ansys官方已經針對該問題設計了一個ACT插件專門用于模擬膠粘凝固過程的仿真: ACCS Ansys Composite Cure Simulation (收費插件,人窮志短買不起,哎!)

然后就查詢了一些關于膠粘過程的論文,其中“車身制造用鋁合金-鋼膠接接頭固化變形及固化失效機理研究-朱曉搏”寫的比較詳細,指出膠粘過程大致階段如下,詳細內容請參考原文。

? 第一階段:從開始加熱起始直至溫度升高到膠層的凝膠點結束。在這一階段中,膠層為粘流態,表現為高粘度的流體。
? 第二階段從膠粘劑凝膠開始,經歷整個保溫階段至溫度下降到玻璃化溫度為止。整個階段,膠層處于高彈態。這一階段是整個固化過程中膠層屬性最為復雜的階段。包括膠層固化反應收縮和溫度、膠層狀態等多方面因素共同影響。
? 第三階段由玻璃化溫度開始直至膠層溫度冷卻至室溫。在此階段中,膠層完全固化,處在玻璃態,其物理屬性只與溫度相關。在此狀態下,膠層的鏈段被凍結,變形能力很小,具有較高的模量。
這里結合當前工作需求和實際狀態,以上述論文中的膠粘凝固過程為基礎,嘗試了一個偷懶的仿真方式。其中論文中的第一階段,膠層為流體狀態,結構變形應力,不予考慮;論文中的第二階段,這里只考慮膠層的固化反應體積收縮,其余不考慮。同時該階段膠層材料的物理屬性由固化后屬性按比例衰減估計;論文中的第三階段則為降溫體積收縮過程。所以,本文針對膠粘固化過程的仿真變為兩個階段。

針對階段1的膠層固化反應體積收縮,同樣等效為溫度變化導致的體積變化,仍為降溫體積收縮仿真。這里需要考慮的重點是體積收縮量和等效降溫溫度的對應關系。

階段1溫度:equivalent Temperature T1:利用降溫,等效膠層固化體積收縮。
? 根據膠體part體積收縮率Vs=0.02,計算當量溫度T1;
? 體積收縮Vs 換算線收縮率Ls:Ls = 1-(1-Vs)^1/3; 由Vs=(V-V`)/V=(L3-(L-Ls)3)/L3;
? 線收縮量Ls 換算階段1當量溫度:T1 = Tr-Ls/α; 由 (Tr-T1)*α*1 = Ls;

階段2溫度:equivalent Temperature T2:降溫體積縮小。
? 根據膠體part :Tc 和Tr 差值,計算當量溫度;
? 階段2當量溫度:T2=T1-(Tc-Tr);
上述過程在一個static mechanical中可以通過Command命令的方式,利用BF命令定義節點溫度的方式,完成等效仿真模擬。大致流程如下:
? 用戶需要創建膠層為獨立part;
? 正常設置各部件的材料和連接方式。膠層的材料:固化后的材料屬性,建立線彈性模型即可;
? 在named selection 中選擇需要分析的膠層part體;
? 插入command命令更改輸入參數,計算;

本文這里在command中定義膠層新材料時,只設定了膠層的彈性模量這一個參數隨溫度而變化。

插入的command命令如下,用戶需要注意自己更改部分變量值和膠層NS名稱;

通過以上方式即可粗略完成膠層凝固過程變形仿真——使用降溫等效膠層凝固體積收縮+降溫體積收縮;

用戶需要實際的試驗測試結果,對標驗證輸入參數:
- TotalChemShrinkage = 0.002 ! 總化學收縮率 (e.g., 5%)
- matDerating = 0.01 ! 膠層相比固化后的EX,在凝膠態的EX折減率
另外,為了方便操作。這里將上述過程封裝成了ACT插件。 可以在Mechanical常用操作環境下完成上述過程用,戶不需要自己再使用apdl command 。



以下內容為付費內容,請購買后觀看
包含5個文件
ansys2023R1 版本示例,插件多個版本可用,2021R1/2023R1測試可用。 ACT測試不多,如有問題請及時交流聯系,謝謝。
工程師必備
- 項目客服
- 培訓客服
- 平臺客服
TOP




















