粘彈
關注創建者：南海之光 創建時間：2021-01-18
粘彈的視頻教程
Abaqus中橡膠材料的線性粘彈本構模型理論&測試&擬合方法
介紹了橡膠材料的線性粘彈本構模型的理論知識，包括Prony級數的物理含義，應力松弛的本質原因 介紹了橡膠材料超彈本構模型和線性粘彈本構模型模量搭配的方法 介紹應力松弛的測試方法和數據處理技巧 介紹了Abaqsu中線性粘彈本構模型的擬合方法
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粘彈的實例教程
傳統西原模型是目前可以比較好地描述巖石蠕變過程曲線的元件模型，但是，西原模型使用的元件為黏彈、黏塑性元件（如圖1），難以描述巖石屈服破壞后進入加速階段的蠕變變形。滑坡預報，特別是臨滑預報在地質災害防治領域具有重要意義。
通過編寫abaqus UMAT子程序，可得到如下結果：
（1）應力狀態較小時，僅發生彈性應變和粘彈性應變，最后隨時間趨于穩定值。
（2）單元屈服時，發生粘彈塑性應變，應變隨加載時長逐漸增加，但尚未達到觸發應變，曲線呈現兩階段特性。
（3）隨著加載時長的增加，應變進一步增加，超越觸發應變后，進入快速蠕變階段，應變快速增加，曲線呈現三階段蠕變特性。
參考文獻：
[1] 齊亞靜, 姜清輝, 王志儉, 等. 改進西原模型的三維蠕變本構方程及其參數辨識[J]. 巖石力學與工程學報, 2012, 31(2): 347-355.
[2] 沈才華, 張兵, 王媛, 等. 基于DP屈服準則的西原本構模型及其運用[J]. 地下空間與工程學報, 2016, 12(2): 402-407.
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展開 主要用于玻璃
wlf law基于剪切率的版本.當溫度范圍很大時,特別時接近玻璃態的轉變溫度時,比起arrhenius law,它更吻合試驗數據
wlf shear-stress law這個是基于剪切力的版本
mixed-dependence law只與log-log law一起使用
粘彈性流動
differential viscoelastic flow(微分型)
maxwell model默認選項，最簡單的粘彈模型之一.由于它的簡化,只有當對流體信息幾乎一無所知或定性的預測充分的情況下,推薦使用
oldroyd-B model最簡單的粘彈模型之一,要比maxwell model稍好.當流體表現出高外延粘性時,它是一個很好的選擇。
展開 粘彈性是大多數材料的特征行為，具粘彈特性材料可被觀察到具有彈性特性（應力與應變成正比）和黏性特性（應力與應變速率成正比）的相互結合特性。DMA 量 測 技 術 可 以 同 時 測 量 材 料 的 彈 性 特 性（ 模量 -modulus）和黏性特性（阻尼 -damping）。由于使用高分子材料替代金屬材料和結構產品的應用趨勢不斷增加，因此高分子粘彈性材料的此類材料數據，對于高分子材料的產品應用性能與成型加工性特別有用。
動態機械分析 (DMA) 技術是對于測試樣品施加一正弦變形、壓力或張力的量測條件，用來測量樣品材料所對應的粘彈響應。在量測過程中可以保持固定或變化的變形頻率和量值。量測材料對變形的響應變化可以搭配改變溫度、頻率或時間函數的形式來進行監視掃描。DMA 量測技術可用來決定量測材料的多種機械屬性，例如粘彈性材料的綜合模量 (E*)、儲存模量 (E')和損耗模量 (E")、阻尼 (tanδ)、柔量、粘度、應力松弛和蠕變等。也可利用量測結果研究高分子材料的分子結構與對應的分子動作，并發展結構屬性關系。DMA 量測技術為材料科學家和產品設計與成型加工工程師，提供了在寬廣范圍條件下，預測材料功能性所需的信息。
DMA 量測測試變量包括溫度、時間、應力、應變和形變頻率等，可以測定各種材料的 Tg 轉移、阻尼強度、耐熱性和蠕變與應力松弛等特性。這允許使用者獲得加工材料的完整特征。DMA 儀器還可用于評估聚合物和彈性材料的相容性、異方向性、振動吸收性、分子量 (MW)、結晶度和排向程度等材料資訊。由于目前各產業的高度發展下，工程塑料使用量快速增長，而如何監控材料的穩定性能和材料與產品質量的一致性需求，已是包含材料廠商、產品設計單位、成型加工廠家一致高度關注的議題，因此 DMA 量測技術近年來已成為發展最快的熱分析技術。
展開 很早之前就曾想過把CAE仿真中對于超彈體和粘彈性計算的準備和部分流程方法進行一個分類整理并分享出來。但自身僅做為機械工程普通從業人員，又不是專業的高分子材料仿真從事人員，底氣始終是少了一點，即使曾經很長一段時間自學過相關理論和做過不少相關計算模型，所幸主導過百萬費用級橡膠密封計算項目，但始終怕誤導剛入門這方面仿真的朋友，遲遲不敢下筆。
幾天前，仿真 xiu平臺一句“如果說是真心的分享技術，那么讀者自然會有自己的理解和判斷，無須擔心”，打消了我的顧慮。所以以這種心態利用閑散時間對超彈體和粘彈性計算的CAE仿真初步工作做一個整理，若是對部分讀者有所幫助，那就是莫大的欣慰。本文分為兩個篇幅，第一個篇幅進行橡膠類超彈體本構仿真計算的內容簡述，另一個篇幅簡述粘彈性仿真計算的準備工作。
超彈體仿真材料處理與本構擬合
1、橡膠超彈體材料處理
分析橡膠類仿真計算一般需要選擇超彈體材料模型，超彈體材料模型假設材料是各向同性的、等溫和彈性的，完全或接近不可壓縮，是真實橡膠行為的理想化。
對于橡膠超彈體進行模擬仿真應該首要進行材料曲線的擬合工作，主流CAE仿真軟件都提供了曲線擬合工具，可以幫助把實驗數據轉化成各種超彈模型能使用的應變能量密度函數系數。對于超彈體的試驗數據種類可以選擇圖1中所示的多種或者至少一種，一般認為能夠提供的數據種類越多，擬合的曲線越能表現真實橡膠特性，但對于以壓縮為主的仿真計算項目，建議試驗數據應該包括單軸壓縮或等雙軸拉伸。
圖1
應該注意的是用于擬合曲線的測試的數據（除體積測試數據）需要工程應力-應變數據，體積測試數據需要真實應力-應變數據。
展開 當振幅A0在較小的數值時，聚合物流動呈現線性粘彈特性；當振幅A0超過一臨界數值時，流動行為變成非線性。不同聚合物結構具有不同的臨界振幅值。通常，這個臨界振幅值小于0.2。人們習慣稱這樣的流動為小振幅振動剪切流動。
小振幅振動剪切流動流場中的速度ux、剪切速率γ、剪切應力τ的表達為：
γ=γ0cos(ωt)
τ(t)= τ0sin(ωt+δ)
式中：γ0為剪切速率的振幅，δ是相位角。
由于相位差的存在，模量(應力與應變的比)與粘度都是復數，分別稱為復數模量G*與復數粘度η*。
上面各式中，G′表示聚合物在形變過程中由于彈性形變而儲存的能量，稱為儲能模量；G″表示形變時以熱的形式而損耗的能量，稱為損耗模量。η′稱為動態粘度，tgδ稱為損耗角正切，與粘性耗散相關。在頻率掃描曲線上出現tgδ峰值稱為內耗峰，其位置與形狀具有“指紋”特性，與聚合物大分子結構運動相關。
當振動振幅超過一定數值后，應力響應不再呈線性關系，而是多重諧波，這樣的流動稱為大振幅振動剪切流動。
瞬態剪切流動
聚合物在加工成型時，必定要經歷開始流動與停止流動兩個階段。在開始流動時，聚合物內部結構與粘彈特性不斷變化，其應力也不斷增大。研究這個起始流動的實驗稱為應力增長實驗。當外力停止以后，流動隨之停止，變了形的聚合物大分子鏈結構在其本身所貯存的彈性能的作用下發生回復，其應力也隨之下降，這個過程常稱為應力松弛。瞬態剪切流動包括應力增長與應力松弛兩個部分。
在應力增長示意圖中，當流體的剪切速率比較低的時候，約化剪切應力單調增加。但剪切速率較高時，出現了應力過沖現象。達到應力最大值的時間隨著剪切速率的提高而縮短，而這個最大值卻隨著剪切速率的提高而上升。約化法向應力增長也有相同的行為。已經證明，應力過沖行為還與聚合物的結構密切相關。
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粘-超彈耦合本構模型構建
對于需要同時模擬大變形超彈性與時間依賴性的復雜工況，我們可提供粘-超彈耦合本構模型的校準服務，將超彈模型與粘彈性模型無縫結合。
振幅掃描：當對樣品施加的應變或應力在一定范圍內時，樣品的結構產生的是彈性形變，產生的形變能夠完全回復，結構沒有受到破壞，其應變、應力規律符合正弦波規律，此時樣品的響應為線性粘彈性響應，相對的應變或應力區間為線性粘彈區（LVE）。
但是該模型只適用于材料屈曲前對材料粘彈特性的預測，并不能很好的考慮屈曲后的力學特性。
塑料熔流的粘彈性質極其復雜，其對于許多現象的影響也可以非常顯著，諸如正向力、剪切力等影響。所以了解物質的黏彈效應對于在射出成型制程當中保有良好質量以至于產品也相當關鍵。
220 基于matlab的考慮直齒輪熱彈耦合的動力學分析，輸入主動輪、從動輪各類參數，考慮潤滑油溫度、潤滑油粘度系數等參數，輸出接觸壓力、接觸點速度、摩擦系數、對流傳熱系數等結果。程序已調通，可直接運
220 基于matlab的考慮直齒輪熱彈耦合的動力學分析，輸入主動輪、從動輪各類參數，考慮潤滑油溫度、潤滑油粘度系數等參數，輸出接觸壓力、接觸點速度、摩擦系數、對流傳熱系數等結果。程序已調通，可直接運行。
對此在通用結構仿真軟件中調用VISC_CIN2_CHAB模型，這是一種Chaboche 類型的新粘彈塑性行為模型，包括兩個隨動強化和一個非線性各向同性強化。同時使用宏命令MACR_RECAL對所研究的歧管材料，牌號為10CD9-10鋼的行為規律進行了識別，并成功地與 MMC 部門通過 SIDOLO識別的結果進行了比較。
塑料熔流的粘彈性質極其復雜，其對于許多現象的影響也可以非常顯著，諸如正向力、剪切力等影響。所以了解物質的黏彈效應對于在射出成型制程當中保有良好質量以至于產品也相當關鍵。
圖 1：圖左為 TA Instruments 公司的 DMA 儀器外觀，圖右為 DMA 儀器量測核心機構細部結構圖
應用動態機械熱分析，可提供有關材料的粘彈特性與流變特性（模量和阻尼）的推導資訊。粘彈特性是大多數高分子材料的特征行為。動態機械分析儀 (DMA)可以同時測量材料的彈性特性（模量）和黏性特性（阻尼）。
3.6 新增粉末材料本構算法模型
新的粉末成形分析可采用粘彈性、彈塑性、粘彈塑性本構進行計算，新的本構通過DEF_POROUS.DAT文件，可選擇設置Green、Oyane、Shima-Oyane、Modified Gurson及Kuhn-Downey模型。
特別是由于橡膠的粘彈性質,周期形變時,應力松弛來不及充分進行。這些因素使橡膠結構中總是保持一定的應力梯度,在多次形變下,橡膠結構將逐漸遭到破壞。
大分子鏈或網構產生疲勞破壞,結果生成了大分子鏈段自由基,由于鏈段自由基又可引起一系列橡膠的力化學反應過程,導致了橡膠進一步的疲勞破壞。鏈段自由基與氧反應，引發了橡膠的氧化反應。
