粘彈的案例
通過UMAT實現基于DP屈服準則的改進西原模型的三維粘彈塑性（蠕變）本構模型
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.
最后，有需要歡迎通過微信公眾號聯系我們。
微信公眾號：320科技工作室。
展開 polyflow中的本構方程簡介
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 動態機械分析 (Dynamic Mechanical Analysis-DMA) 量測技術應用
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 計算方法 | 淺析橡膠超彈體與粘彈性仿真(超彈篇)
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 
高分子材料流變學簡介-流場
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。
展開 【CAE案例】化石燃料發電廠歧管的疲勞蠕變損傷分析
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。
圖3 MACR_RECAL識別結果驗證
03 結果
在降溫循環過程中，冷沖擊結束時，如圖4所示，在接頭部分承受著較大的溫度梯度。同時，如圖5所示，該處的溫度梯度會引起較大的應力分布，接頭部分會顯示出疲勞問題，因此，疲勞現象僅局限于具有很大溫度梯度的部分。
圖4 冷沖擊結束后的溫度場（℃）
圖5 冷沖擊結束后的應力分布
使用IMPR_TABLE功能以表格的形式輸出關鍵部位上的累積塑性形變結果，將兩種設計的歧管的累積塑性形變進行對比，降溫瞬態下的塑性變形結果如圖6所示，與原本設計相比，壁厚更薄的歧管疲勞損傷更小，厚度減少20%的設計，其使用壽命增加約43%，疲勞損傷計算結果見表1。在以后的計算中將考慮包括蠕變造成的損害。為此，將之前計算的結果用于所研究的兩種設計，以確定蠕變損傷情況。最終使用疲勞-蠕變相互作用的非線性模型可以在一定的可信度下評估歧管受到該典型負載時的壽命。
圖6 減溫循環期間在塑性最大應力的高斯積分點處累積塑性變形（%）
表1 疲勞損傷計算(Manson-Coffin曲線)
04 總結
在通用結構仿真軟件中使用VISC_CIN2_CHAB定義的新粘彈塑性行為模型可對部件機械疲勞與蠕變行為進行模擬，從而對其壽命進行預測，為將來重要部件的設計與日常維護提供了新方法。本次模擬結果表明可以通過降低歧管壁厚的方法降低因冷沖擊帶來的機械疲勞現象。
展開 多尺度流體表征：旋轉流變儀讀懂物質從“固態”到“液態”的變形語言
圖2 牛頓流體(1)、假塑性流體(2)、脹塑性流體(3)的流動曲線和粘度曲線
02
動態測試
動態測試（振蕩模式）：測量材料的彈性（G'）和黏性（G''），適用于凝膠、高分子材料。用來研究材料在交變外力或應變作用下的流變特性。
基本定義:剪切應力、剪切應變、剪切模量
圖3 振蕩測試的平行板模型
→
圖4 施加的應力或應變數學波形
大多數樣品表現為粘彈性，流變儀首先給樣品施加一個正弦波規律的應變（或應力），樣品會反饋一個正弦波規律的應力（或應變），兩個正弦波之間會有一個相位差δ。對于理想流體 δ 為 90°，對于理想固體 δ 為 0°，具有粘彈性的實際樣品，δ在0°到90°之間。
tanδ<1，即G''<G'：彈性占主要部分，為凝膠體 ； tanδ＞1，即G''>G'：粘性占主要部分，為流體； tanδ=1，即G''=G'：粘性和彈性相等，為溶膠-凝膠轉變點。
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）。
圖5 線性粘彈區測試
頻率掃描：頻率掃描得到的是樣品性質與時間尺度的關系，對于非交聯的聚合物材料，通常會有高頻時G' >G''，即在很短的受力作用時間內，樣品不會產生流動，表現為膠體（固體）的狀態；低頻時 G'<G''，即在較長的受力作用時間內，樣品會產生流動，表現為流體的狀態。
圖6 PDMS頻率掃描曲線圖
此外，旋轉流變儀還包含溫度掃描、時間掃描等多種測量模式。
展開 西南大學黃進教授和甘霖副教授提出負泊松比結構力學強化輕質化生物基材料的普適性方法：軸向/徑向控比粘彈性壓縮多孔材料負泊松比結構化
如圖1a ~ d，經軸向與徑向控比粘彈壓縮制備的PBS-NPR材料的微觀結構表征結果表明，多孔PBS發泡材料的胞元結構由正泊松比的凸多面體轉變成負泊松比的內凹多面體。正是這種密布的負泊松比胞元陣列賦予了PBS-NPR材料宏觀負泊松比特性。此外，調控軸向與徑向的不同壓縮比例可獲得不同負泊松比特性的PBS-NPR材料，從而可以根據現實應用需求滿足不同力學性能的輕質化PBS-NPR材料針對性制造。如圖1e-f，輕質化PBS-NPR材料在壓縮過程中的軸向和徑向應力—應變曲線分別表現出兩種典型的聚合物材料應力-應變行為：硬且韌、軟且韌。PBS-NPR材料內部的取向胞元結構導致了PBS-NPR壓縮性能均呈現各向異性，可以滿足不同應用領域對于材料力學性能的個性化需求。相對于PBS超臨界發泡材料, PBS-NPR材料的軸向壓縮模量增加了359%，徑向壓縮模量增加了68%，軸向部分壓縮模量比徑向部分壓縮模量高904%；同時，軸向部分屈服強度比PBS超臨界發泡材料高840%，徑向部分屈服強度比PBS超臨界發泡材料高191%。該結果表明，軸向與徑向控比粘彈性壓縮引起的負泊松比結構化實現了輕質化PBS多孔材料的高力學性能。
這種軸向與徑向控比粘彈壓縮負使輕質化生物基材料高性能化的方法，不僅大幅提升了輕質化生物基材料的力學性能，同時避免了傳統化學或物理改性手段的帶來的制造成本與技術難度增加及相關不可控因素。相對傳統改性手段，這種負泊松比的力學性能補強方法更加簡單高效且普適性更強，更有利于規模化制造，可促進輕質化生物基材料在生物傳感、醫療設備、汽車船舶（如圖1g）等領域取代傳統環境不友好的石油基材料。
西南大學化學化工學院博士研究生何毅是該成果的第一作者，西南大學黃進教授和甘霖副教授是通訊作者。
展開 聚合物的流變性能，你知道嗎？
1、關于流變性能
（1）剪切速率，剪切應力對粘度的影響
通常，剪切應力隨剪切速率提高而增加，而粘度卻隨剪切速率或剪切應力的增加而下降。
剪切粘度對剪切速率的依賴性越強，粘度隨剪切速率的提高而訊速降低，這種聚合物稱作剪性聚合物，這種剪切變稀的現象是聚合物固有的特征，但不同聚合物剪切變稀程度是不同的，了解這一點對注塑有重要意義。
（2）離模膨脹效應
當聚合物熔體離開流道口時，熔體流的直徑，大于流道出口的直徑，這種現象稱為離模膨脹效應。
普遍認為這是由聚合物的粘彈效應所引起的膨脹效應，粘彈效應要影響膨脹比的大小，溫度，剪切速率和流道幾何形狀等都能影響熔體的膨脹效應。所以膨脹效應是熔體流動過程中的彈性反映，這種行為與大分子沿流動方向的剪切應力作用和垂直于流動方向的法向應力作用有關。
在純剪切流動中法向效應是較小的。粘彈性熔體的法向效應越大則離模膨脹效應越明顯。
流道的影響；假如流道長度很短，離模效應將受到入口效應的影響。這是因為進入澆口段的熔體要收劍流動，流動正處在速度重新分布的不穩定時期，如果澆口段很短，熔體料流會很快地出口，剪切應力的作用會突然消失，速度梯度也要消除，大分子發生蜷曲，產生彈性恢復，這會使離模膨脹效應加劇。
如果流道足夠長，則彈性應變能有足夠的時間進行彈性松馳。這時影響離模膨脹效應的主要原因是穩定流動時的剪切彈性和法向效應的作用。
（3）剪切速率對不穩定流動的影響
剪切速率有三個流變區：低剪切速率區，在低剪切速率下被破壞的高分子鏈纏結能來得及恢復，所以表現出粘度不變的牛頓特性。中剪切區，隨著剪切速率的提高，高分子鏈段纏結被順開且來不及重新恢復。
這樣就助止了鏈段之間相對運動和內磨擦的減小。
展開 LS-Dyna材料的二次開發
ANSYS/LS-DYNA專題培訓
主要內容：
●二次開發環境
●主程序及入口條件
●開發材料的本構、子程序及求解輸入文件描述
●編譯、運行新的求解器
●開發Kelvin_voigt粘彈材料
●用新材料模式做大變形分析
LS-DYNA材料的二次開發.pdf
《巖土工程數值分析》
本書目錄
土木工程研究生系列教材序
前言
緒論
第1章土的本構模型
1.1應力應變分析
1.2土的變形特性
1.3屈服準則與破壞準則
1.4土的本構模型分析
1.5巖土損傷本構理論
參考文獻
第2章有限差分法
2.1有限差分法的基本概念
2.2有限差分格式的建立
2.3有限差分法在巖土工程中的應用
參考文獻
第3章有限元法
3.1概述
3.2有限元法的理論基礎
3.3有限元法的基本過程
3.4有限元法求解時應注意的幾個問題
3.5巖土工程問題常用的幾種單元
3.6等參數單元與數值積分
3.7算例
參考文獻
第4章巖土工程應力及變形問題有限元分析
4.1概述
4.2巖土工程彈性問題有限元分析
4.3巖土工程彈塑性問題有限元分析
4.4巖土工程彈粘塑性問題有限元分析
4.5有限元在巖體支護結構中的應用
4.6算例
參考文獻
第5章邊界元法
5.1概述
5.2彈性力學問題的邊界元解法
5.3彈塑性問題的邊界元解法
5.4邊界元與有限元耦合計算
參考文獻
第6章離散元法
6.1概述
6.2剛性塊體模型
6.3變形體模型
6.4算例
參考文獻
第7章固結問題有限元分析
7.1概述
7.2固結問題的有限元分析
7.3粘彈塑性固結問題的有限元分析
7.4固結數值分析案例
參考文獻
第8章土體滲流問題數值分析
第9章土體溫度場的有限元分析
第10章巖土工程數值分析新方法
展開 
Abaqus UMAT Debug 踩坑系列——DSTRAN顯示為NaN
問題描述：
算一個粘彈塑性的UMAT,在進入塑性之后，計算一定增量步后，DSTRAN顯示為NaN，之后應力應變計算結果均為NaN.
解決辦法：
這個問題我一開始也很蒙，原先想的是DSTRAN是abaqus給的，怎么會是NaN呢？
后來看了一些資料，自己也思考了一下，認為DSTRAN并不是abaqus給的這么簡單，我們這里去想一下DSTRAN是怎么樣算出來的？
DSTRAN實際上是求解紅框中的方程算出來的，那么這樣的話，DSTRAN之所以會變成NaN，就要去兩個地方找原因，要么是DDSDDE雅克比矩陣出了問題，要么是單元應力F出了問題，有了方向之后，去相應出現問題的迭代步去一步步調試看計算輸出，便可以比較方便找到問題。
另外，有很多奇形怪狀的問題都是由于計算步長過大引起的，建議減小步長試試。
展開 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 ￥54.9
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。
GeoFEM的總體介紹
·軟件中包含了多種巖土體的屈服準則和粘彈塑性模型
·軟件采用Microsoft公司的基于COM的組件編程思想。這不僅有利于程序人員的開發和維護，而且提供了一個供用戶進一步擴充軟件功能的開放式接口。
·輸入的原始數據高度共享，支持多種圖件，具有較強的統計功能和圖件輸出能力。
·軟件界面美觀、安裝方便、使用簡單。菜單、加速鍵、工具條、狀態欄、詳盡的在線幫助，使分析人員隨時知道下一步該做什么。
·軟件滿足從初學者到專家在內所有用戶的需要。盡管該程序具有廣泛和復雜的功能，但其組織結構和友好的用戶界面使其易學易用。
流變學教你如何煲粥、煲湯！
這樣的局部密堆積結構（locally close packing）對乳液流變學影響顯著：在小振幅振蕩剪切中體系會表現出粘彈的特征松弛，這樣的彈性結構在大振幅剪切時會吸收能量且短時間耗散，但cluster不會被破壞；而在應力-應變循環過程中會有明顯的觸變性，但隨著乳液濃度的增加，觸變行為會有所減弱，且cluster結構會被破壞。
這樣的流變學研究結果為粥/湯的制作和口感設計提供了有價值的參考：
1）如果您不減肥，油可以考慮多放，因為粥/湯中淀粉/纖維顆粒對油滴有足夠的乳化作用，粘彈性的存在可以細化口感，無論如何總比喝水好；
2）即便是粥/湯，該嚼還得嚼，切勿一口咽，因為吞咽時食道提供的主要是柱塞式擠壓而非大振幅振蕩剪切，不足以破壞液滴的絮凝結構，口感和吞咽體感會較為粗燥；
3）對于老年人，不建議細嚼慢咽，而建議粗嚼細咽（此處粗指的是用力，因為口腔用力咀嚼能夠提供大振幅/單向流動的混合剪切），在充分避免觸變的基礎上，破壞油滴和纖維素纖維形成的cluster結構，有利于吞咽和消化；
4）以上純屬調侃，你該咋咋滴。
文章以“Rheology of the Sesame Oil-in-Water Emulsions Stabilized by Cellulose Nanofibers”發表于Food Hydrocolloids（IF：5.08）期刊上，第一作者為研究生陸宇，指導教師為吳德峰、解文媛老師，研究生錢曉莉、本科生張雯婷參與了研究，該工作也得到了葛玲玲教授的悉心指導。
來源：揚州市化學化工學會
展開 