黏彈性
關注創建者：USim 創建時間：2019-06-02
黏彈性的視頻教程
溫度及應變率相關超黏彈性本構的建立、推導、參數識別與有限元應用
本課程包含基于Neo-hookean超黏彈性本構的模型建立、公式推導、參數識別、時溫等效和有限元應用五大章節。 在模型建立章節中，從認識材料的力學行為、本構關系出發，到線性黏彈性的比例關系和疊加原理，推導了Maxwell模型和Kelvin模型、廣義Maxwell模型等的本構方程，認識超彈性模型并最終建立廣義Maxwell形式的基于Neo-Hookean的超黏彈性本構。
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ABAQUS二次開發 三維多層土黏彈性邊界+地震動輸入Python腳本
地震動輸入前，需要設置黏彈性人工邊界，以實現基地的彈性恢復能力。在ABAQUS中，黏彈性人工邊界需要在邊界節點設置并聯彈簧阻尼器，手動實現工作量大，可以借助Python程序依次讀取節點并設置彈簧阻尼器。該程序考慮了不同土層地震波傳播速度及波在土層分界面反射、透射問題，實現三維六層圖以內的三向地震動入射。
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黏彈性的實例教程
黏彈性分析簡介
Moldex3D黏彈性分析模塊能協助顯示塑料的黏彈性機制。因此，能顯示充填／保壓及冷卻階段時的流動殘留應力。
此外，在仿真翹曲、退火及光學制程時也能考慮黏彈性的影響，使結果預測更合理也更精確。
Moldex3D黏彈性分析模塊功能導覽
在拉伸松弛實驗中，典型塑料最常觀察到的行為如下圖所示。在溫度低時，彈性模數高，塑料是硬而脆的（玻璃區域，區域1）。隨著溫度升高，塑料在玻璃轉變溫度時表現得像彈性皮革（區域2）。當溫度持續升高時，彈性模數再次達到一個高原區域（橡膠高原，區域3）。接著溫度再持續升高，彈性模數下降并導致相當大的流動量（區域4）。如果溫度一直持續升高，塑料將變成黏稠的液體（區域5）。
在射出成型中，翹曲主要在區域1與2時受影響，流動殘留應力或分子配向則主要在區域3至5時受影響。Moldex3D包含兩項黏彈性分析，一項用于翹曲預測，另一項則用于流動殘留應力。
典型塑料的松弛模數－溫度
在不同區域時的時間依賴的相對重要性
注意：Moldex3D黏彈性分析模塊支持solid與eDesign網格模型。
1. 前處理 (Pre-processing)
Moldex3D黏彈性分析模塊支持Moldex3D項目中的所有分析類型，其前處理階段的步驟與基本模塊相似：
步驟1：產生網格模型
步驟2：建立新項目
步驟3：建立新組別
步驟4：選擇分析項目
以下將列出特定步驟的操作說明。
開始分析
1. 關于退火模擬 (For Annealing (Stress) Analysis)
Moldex3D也能將黏彈性分析應用于退火模擬。使用者能在計算參數的應力 (Stress) 卷標中找到選項。在分析類型的下拉式選單中，選擇退火類型。
展開 或者，如果你對研究聚合物感興趣，你可能會想到：當對黏彈性流體施加一定的力時，流體如何開始看起來像繩子上的珠子。今天這篇文章讓我們來看一個使用 Oldroyd-B 聚合物的例子。
黏彈性流體
顧名思義，黏彈性流體是具有彈性的流體。當黏彈性流體變形時，一定的力試圖使其恢復到未變形的狀態。這類流體包括：
聚合物熔體
油漆
蛋白質懸浮液
油漆是一種黏彈性流體。
2020 年，聚合物流動模塊隨著 COMSOL Multiphysics? 軟件 5.6 版本一起發布，包括黏彈性流體模型。我們可以使用這些模型來解釋流體的彈性并預測其施加的力、涂層的均勻性和模具填充程度。
聚合物流動模塊中包含以下黏彈性流體模型：
Oldroyd-B 流體
Gisekus
FENE-P
LPTT
這里，我們將重點介紹 Oldroyd-B 流體的長絲由于表面張力效應而拉伸時的模擬結果。如果你想逐步構建這個模型，請至 COMSOL 官網下載：“黏彈性細絲的串珠結構”教程模型。
模擬 Oldroyd-B 聚合物中的表面張力效應
我們的示例模型是從建立一條長的、未拉伸的 Oldroyd-B 流體細絲開始的。細絲被建模為一個初始半徑有小幅擾動的液體圓柱體，流動被建模為軸對稱。
Oldroyd-B 流體被建模為聚合物在牛頓液體中的稀溶液。
展開 首先使用標準翹曲求解器來模擬純PBT，由于未考慮黏彈性，因此無法準確預測出產品的翹曲趨勢。在改用納入黏彈性考慮的進階求解器之后，便成功捕捉到較實際的翹曲結果。另一方面，在纖維強化塑料的部分，標準求解器和和進階求解器皆可預測出準確的翹曲現象，原因是非等向性材料特性，使得流動產生的纖維配向，會主導翹曲行為(圖二)。然而從中也可看到，若考慮黏彈性，仍可顯著提高其Z方向變形絕對量值的準確性(圖三)。
圖二 纖維強化塑料的非等向性
圖三 兩種PBT材料的翹曲預測驗證結果
結果
透過此研究，證實在模擬中考慮材料的黏彈性，是至關重要的。Moldex3D在納入考慮黏彈性之后，不管是預測純塑料或纖維強化塑料，都能提升翹曲預測結果準確性。
展開 進行地震靜動力耦合計算時，如果采用黏彈性邊界作為動力邊界條件，則會面臨靜動力邊界轉化的問題。而靜動力邊界條件與地應力平衡橫容易混淆，地應力平衡應該包含在該過程中，許多文獻描述很模糊。新論文：《靜動力邊界轉換及其合理性驗證方法的研究》給出了在進行地震靜動力耦合計算時，靜力邊界條件（固定邊界）向動力邊界條件（黏彈性邊界）轉換的詳細步驟及檢驗方法。論文鏈接：https://doi.org/10.11939/jass.20220136
標簽：粘彈性邊界 黏彈性邊界 等效節點力 靜動力耦合模擬 靜動力邊界條件轉換 黏彈性邊界 疊加原理 地震反應 ABAQUS
展開 一、前言
粘彈性動力邊界是工程仿真中比較常用，效果也不錯的局部時域人工動力邊界條件，目前已經在ANASYS、ABAQUS和Fssicas等通用有限元軟件中有了較為通用的使用方法，但是在COMSOL這款以多物理場和PDE建模為特色的通用軟件中卻比較少見。因此本帖展示的是本人在COMSOL有限元平臺實現的粘彈性邊界的施加以及地震動輸入的介紹。
本貼采用的驗證算例引用于文獻《黏彈性人工邊界在ABAQUS中的實現及地震動輸入方法的比較研究》-巖土力學與工程學報-馬笙杰等。
下面是建模介紹和模擬結果與文獻結果的對比驗證。
二、模型建立
通過場外垂直入射sv波算例來驗證黏彈性邊界設置和地震動輸入的準確性。在二維無限彈性空間中截取長50m，高50m的有限元區域作為計算區域，設置模型的頂部中點和底部中點作為監測點，如圖1所示，模型材料參數如下：密度為2000kg/m^3,彈性模量：2e8[Pa],泊松比0.25，剪切波速為200m/s，采用四邊形網格單元，網格尺寸為0.5m×0.5m，在模型底部垂直輸入sv波，波形和速度圖像如圖2、3所示。持續時間為0.2s，計算時長為1s，計算時間步為0.001s，瞬態隱式求解，時間進步方法為向后差分。
圖1 二維土體計算模型
圖2 入射波位移時程曲線圖
圖3 入射波速度時程曲線圖
計算結果如圖4、5所示，入射波在經過0.25s之后到達自由表面與反射波疊加，變成入射波位移的2倍，0.4s之后自由地表停止振動（圖中藍色部分為數值震蕩），說明入射波在底部黏彈性邊界處被吸收，沒有二次反射。
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黏彈性的最新內容
該研究提出了一套嚴謹的彈性-黏塑性（EVP-FFT）公式，能夠同時處理晶體的彈性各向異性與非線性滑移演化，為預測多晶材料在復雜載荷下的局部力學響應奠定了理論基礎。
Lebensohn 等人的文章重點解決了以下幾個力學與數值上的關鍵問題：
增廣拉格朗日迭代 (Augmented Lagrangian)
針對 EVP 本構中極強的非線性，文章引入了增廣拉格朗日迭代程序。
Abaqus整合，共同分析結構強度
制程條件影響預測
? 模擬實際生產的多樣化制程條件
? 計算制程改變所造成的溫度、轉化率和壓力分布
? 預測氣泡缺陷（考慮排氣效果）與翹曲
后熟化制程翹曲與應力分析
? 顯示經過后熟化階段的應力松弛和化學收縮現象
? 計算溫度、轉化率與應力分布并預測可能產生的變形
高階材料特性量測
? 可量測反應動力、黏度、黏彈性提供流動仿真
流變儀主要測量材料的以下特性：
黏性（像蜂蜜一樣抵抗流動的能力）
彈性（像橡皮筋一樣恢復形狀的能力）
黏彈性（介于液體和固體之間的行為，比如口香糖）
屈服應力（讓材料開始流動所需的最小力，比如番茄醬）
02、旋轉流變儀基本原理
01
夾具選擇
02
測試模式
而另一方面，強化版翹曲 (Enhanced Warp) 求解器會考慮黏彈性(VE)翹曲行為、瞬態溫度變化(Ct)及模內干涉(IMC)效應。因此分析需要較多的計算資源及時間，其進行結算的流程如下所示。
本貼采用的驗證算例引用于文獻《黏彈性人工邊界在ABAQUS中的實現及地震動輸入方法的比較研究》-巖土力學與工程學報-馬笙杰等。
下面是建模介紹和模擬結果與文獻結果的對比驗證。
二、模型建立
通過場外垂直入射sv波算例來驗證黏彈性邊界設置和地震動輸入的準確性。
（二）材料的時間依賴性
高分子材料具有黏彈性，其力學性能會隨時間發生變化。在測試過程中，加載速率、測試時間的不同，都會對結果產生影響。比如，在拉伸測試時，若加載速率過快，高分子鏈段來不及響應外力變化，材料表現得更脆，拉伸強度可能偏高；而加載速率過慢，高分子鏈段有足夠時間進行松弛和滑移，拉伸強度則可能降低。
目前在Moldex3D后熟化制程分析中，由PVTC與隨溫度－固化變化的黏彈性松弛模型所建構的模型，將為制程仿真所需的有限元素模型。更詳細的計算參數設定請參照準備分析下的章節。
應力設定
在選項中，用戶需設定所有后熟化制程的參數，包含初始溫度、時間增量、退火時間、環境溫度vs時間、多段輸出設定、WLF方程式、Maxwell模型及硬化變動因子。
純 POEG9MA 的線性黏彈性響應的頻率依賴性表明，該材料表現為自由流動的牛頓流體。摻雜鹽的存在基本上抑制了鏈的運動，從而抑制了材料的最終弛豫。后者仍然表現為未糾纏的流體，由于內部摩擦，通過流體動力學和熵效應具有黏彈性響應。
Moldex3D光學模塊建立在真實三維實體技術上的流動分析，以黏彈性分析所預測出的流動殘留應力為出發，對于非等向性的分子排向而產生的雙折射現象能有良好的掌握。Moldex3D Optics提供使用者如何著手修改幾何外型、澆口設計、射速、保壓、冷卻系統等影響光學性質的重要加工因子。
Moldex3D模流分析之VE分析11個月前
為什么使用黏彈性分析仿真(VE)?
塑料高分子具有部分黏性與部分彈性的特質，并且黏彈性的效應在不同的溫度與剪切變形下黏彈性質均不同。如果僅使用一般流體及彈性模型，要正確地描述黏彈及相關性質在成型過程中的變化與行為是非常困難的。為了讓材料性質對產品的質量與結構的影響更逼近真實，設計者需要有專業的CAE分析工具來預測流動行為及材料變化。
