應(yīng)力松弛
關(guān)注創(chuàng)建者：寧博士CAE團隊 創(chuàng)建時間：2021-03-27
應(yīng)力松弛的視頻教程
ABAQUS焊后熱處理消除焊接殘余應(yīng)力的數(shù)值模擬（蠕變應(yīng)力松弛）
以管道環(huán)焊縫焊接殘余應(yīng)力為初始條件，考慮焊后熱處理的蠕變應(yīng)力松弛機制，使用abaqus計算了PWHT后的殘余應(yīng)力分布狀態(tài)。詳細(xì)講解了殘余應(yīng)力導(dǎo)入過程及后處理。QQ1224294049 參考： https://www.yqgqt.org.cn/content/post/422113 https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c12175
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原創(chuàng)-Abaqus蠕變分析（U型彈片）-應(yīng)力松弛&蠕變變形
前者由于蠕變現(xiàn)象發(fā)生應(yīng)力松弛，造成彈片“彈力”的降低；后者在恒力作用下發(fā)生蠕變變形。 購買前可加QQ1224294049，咨詢本視頻相關(guān)內(nèi)容。購買后索取cae文件。
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應(yīng)力松弛的實例教程
在國家自然科學(xué)基金委項目資助下，
南京大學(xué)胡文兵教授課題組
采用動態(tài)蒙特卡洛分子模擬研究伴隨有應(yīng)力松弛的單雙軸拉伸誘導(dǎo)高分子結(jié)晶的熱力學(xué)、動力學(xué)和形態(tài)學(xué)機制。他們將單鏈應(yīng)力松弛的麥克斯韋線性黏彈性模型引入到動態(tài)蒙特卡洛分子模擬中，首先研究了一組平行拉伸變形的高分子鏈在無熱熔體中發(fā)生應(yīng)力松弛的鏈間協(xié)同阻礙機制。分子模擬再現(xiàn)了高分子熔體的德拜松弛及其埃倫尼烏斯流體特點。在這樣的線性黏彈性響應(yīng)條件下，他們對應(yīng)力松弛這一非平衡過程進行了應(yīng)力漲落分析，觀察到對應(yīng)于漲落峰頂處的過渡態(tài)出現(xiàn)了自發(fā)的鏈動力學(xué)異質(zhì)性所導(dǎo)致的伸展鏈和線團兩種狀態(tài)共存現(xiàn)象(圖a)。進一步的結(jié)構(gòu)分析表明伸展鏈組分均勻分布在垂直于拉伸方向的平面內(nèi)，說明其沒有發(fā)生聚集分凝，屬于局部漲落現(xiàn)象，而沿著拉伸方向則出現(xiàn)了優(yōu)先松弛的線團組分鏈單元富集在中心位置區(qū)域，同時伸展鏈組分鏈單元富集在兩側(cè)區(qū)域的情況(圖b)，顯示出二者在中心位置處發(fā)生了空間上的競爭，即伸展鏈的應(yīng)力松弛在過渡態(tài)受到了處在中心位置線團的空間阻礙作用(圖c)。
(a)本體高分子在約化溫度為30的線性黏彈性條件下發(fā)生應(yīng)力松弛的單鏈應(yīng)力分布曲線隨松弛時間的演化，顯示在過渡態(tài)的紅色曲線出現(xiàn)兩個峰，分別對應(yīng)線團和伸展鏈構(gòu)象；(b)在過渡態(tài)沿著拉伸方向上線團組分鏈單元的分布曲線(紅線)表明其占據(jù)在中心區(qū)域，伸展鏈組分鏈單元的分布曲線(藍(lán)線)則富集在兩側(cè)區(qū)域，這種反差在應(yīng)力松弛的早期就現(xiàn)出端倪；(c)局部的兩條相鄰伸展鏈在應(yīng)力松弛過程中先后松弛造成中間過渡態(tài)出現(xiàn)空間擁堵現(xiàn)象示意圖，紅色和藍(lán)色分別代表兩條在熵彈性驅(qū)動下發(fā)生松弛回彈的高分子鏈。
可以想象，在應(yīng)力作用下，伴隨著應(yīng)變的發(fā)展，近鄰的本體無定形高分子鏈之間采取平行取向排列的方式伸展開來。
展開 相對應(yīng)的代碼如下:
building-blocks set create "mwu"building-blocks block import from-file "CylinderTSectionWithWall.bset"zone generate from-building-blockszone face skin
3 計算
計算過程如前文所述，首先在自重應(yīng)力下進行平衡計算：
zone initialize-stress
然后使用下面的命令進行開挖計算，
zone relax excavate range group "Space"
這個命令可逐漸減小開挖范圍內(nèi)單元的應(yīng)力，剛度和密度，直到它們對模型產(chǎn)生影響。"zone cmodel null"命令或"zone cmodel delete"命令是一種瞬時開挖單元的做法，假定開挖區(qū)域瞬時完成。為了模擬真實的施工過程，F(xiàn)LAC3D引入了隧道工程中“應(yīng)力松弛法”的概念。由于FLAC3D計算使用動力學(xué)原理(F=ma)來達(dá)到靜態(tài)收斂，因此對模型的突然更改可能會產(chǎn)生準(zhǔn)慣性(quasi-inertial)效應(yīng)，人為地夸大了該單元的破壞。緩解這種情況的一種方法是漸進挖掘單元，從而使單元移除的影響不太突然。FLAC3D使用了自動的單元開挖松弛方法，使得開挖周圍單元影響的影響隨著時間的推移逐漸減少，松弛系數(shù)設(shè)為1到0。FLAC3D的默認(rèn)值是使用當(dāng)前的mechanical force ratio (it.zone.mech_ratio)來伺服控制的。當(dāng)松弛系數(shù)達(dá)到0時，單元設(shè)置為空本構(gòu)模型NULL, 然后去掉開挖單元。
展開 并擁有各種類型的材料模型庫，可以模擬典型工程材料的性能，其中包括金屬、橡膠、高分子材料、復(fù)合材料、鋼筋混凝土、可壓縮超彈性泡沫材料以及土壤和巖石等地質(zhì)材料，作為通用的模擬工具， ABAQUS 除了能解決大量結(jié)構(gòu)（應(yīng)力/位移）問題，還可以模擬其他工程領(lǐng)域的許多問題，例如熱傳導(dǎo)、質(zhì)量擴散、熱電耦合分析、聲學(xué)分析、巖土力學(xué)分析（流體滲透 / 應(yīng)力耦合分析）及壓電介質(zhì)分析。
橡膠密封墊的密封性常用表面接觸應(yīng)力大小來表示，其力學(xué)行為常用超彈性本構(gòu)模型來描述，同時橡膠具有黏彈性特性，在長期受壓狀態(tài)下，會出現(xiàn)力學(xué)松弛現(xiàn)象。
本篇文章展示ABAQUS軟件在仿真橡膠墊的超彈性變形行為及應(yīng)力松弛現(xiàn)象的功能，應(yīng)力釋放模型采用應(yīng)力釋放實驗數(shù)據(jù)，超彈性模型為Mooney-Rivlin超彈性力學(xué)模型：
在軟件進行模型裝配，裝配后如圖1所示。先對上模具施加位移，待橡膠密封墊片獲得一定應(yīng)力場后再仿真應(yīng)力釋放過程，分別采用靜力隱身和粘性分析步，然后設(shè)置場變量和歷史變量輸出，分別如圖2和圖3所示。
圖1 模型裝配圖
圖2 變量輸出
圖3 歷史變量輸出
定義上下模具與橡膠密封墊，摩擦系數(shù)為0.16，定義好之后如圖4所示。定義對稱、強制位移和固定邊界條件，定義好后如圖5所示。
展開 當(dāng)施加的作用力很小時，直至小于彈性極限或屈服極限的時候，一部分變形在應(yīng)力作用后瞬時產(chǎn)生，并在應(yīng)力撤除之后瞬時消失，我們稱這種變形為彈性變形，在這一范圍內(nèi)的應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系為直線關(guān)系。而另一部分變形受應(yīng)力作用時間的影響，隨著時間的增加緩慢變大，變形在應(yīng)力撤銷后會隨著時間增加而緩慢消失，我們稱這部分變形稱為粘彈性變形。但是當(dāng)瀝青混合料受力較大時（高于彈性極限和屈服點），因其有很短的受力作用時間，材料會呈現(xiàn)彈性或者兼有一部分粘彈性的性質(zhì)。而在很長的時間時，材料的變形除了有瞬時彈性變形和粘彈性變形之外，還會有粘塑性變形。部分變形不會在應(yīng)力撤除之后恢復(fù)，我們稱之為塑性變形。而瀝青混合料應(yīng)力一應(yīng)變狀態(tài)下的應(yīng)力松弛特性的了解有助于我們了解瀝青混合料的工作狀況。應(yīng)力松弛的定義是可變形的物體在恒定應(yīng)變下條件時，此物體的應(yīng)力隨時間下降的過程。荷載作用時間與應(yīng)力松弛時間的比值可以決定瀝青混合料是彈性還是粘塑性，若荷載作用時間遠(yuǎn)大于應(yīng)力松弛時間，混合料表現(xiàn)為粘塑性。若荷載作用時間遠(yuǎn)小于應(yīng)力松弛時間，混合料則表現(xiàn)為彈性。而當(dāng)荷載作用時間等于應(yīng)力松弛時間，就會表現(xiàn)為粘彈性。
瀝青混合料呈現(xiàn)出粘彈性的溫度范圍是比較寬泛的。而動態(tài)模量與蠕變?nèi)崃亢?em>松弛模量可以描述混合料粘彈性性質(zhì)。這些基本參數(shù)可以描述多種性質(zhì)包括：材料的非線性粘彈性質(zhì)、破壞特性以及材料的線性粘彈性性質(zhì)。而它們都能表征材料基本的蠕變和松弛特性，也可以說這三個參數(shù)所包含的信息是相同的。那么也就是這三個參數(shù)是可以相互轉(zhuǎn)換的。但是在實際的試驗當(dāng)中，難以實現(xiàn)的是直接測量松弛模量的恒應(yīng)變松弛試驗。雖然要實現(xiàn)測量蠕變?nèi)崃康暮?em>應(yīng)力蠕變試驗相比較容易，可是同樣的存在問題，那就是一個真正的矩形荷載在試驗中不可能被得到。不論任何儀器，讓施加的荷載達(dá)到目標(biāo)值都是需要時間的，這就使誤差產(chǎn)生了。
展開 當(dāng)施加的作用力很小時，直至小于彈性極限或屈服極限的時候，一部分變形在應(yīng)力作用后瞬時產(chǎn)生，并在應(yīng)力撤除之后瞬時消失，我們稱這種變形為彈性變形，在這一范圍內(nèi)的應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系為直線關(guān)系。而另一部分變形受應(yīng)力作用時間的影響，隨著時間的增加緩慢變大，變形在應(yīng)力撤銷后會隨著時間增加而緩慢消失，我們稱這部分變形稱為粘彈性變形。但是當(dāng)瀝青混合料受力較大時（高于彈性極限和屈服點），因其有很短的受力作用時間，材料會呈現(xiàn)彈性或者兼有一部分粘彈性的性質(zhì)。而在很長的時間時，材料的變形除了有瞬時彈性變形和粘彈性變形之外，還會有粘塑性變形。部分變形不會在應(yīng)力撤除之后恢復(fù)，我們稱之為塑性變形。而瀝青混合料應(yīng)力一應(yīng)變狀態(tài)下的應(yīng)力松弛特性的了解有助于我們了解瀝青混合料的工作狀況。應(yīng)力松弛的定義是可變形的物體在恒定應(yīng)變下條件時，此物體的應(yīng)力隨時間下降的過程。荷載作用時間與應(yīng)力松弛時間的比值可以決定瀝青混合料是彈性還是粘塑性，若荷載作用時間遠(yuǎn)大于應(yīng)力松弛時間，混合料表現(xiàn)為粘塑性。若荷載作用時間遠(yuǎn)小于應(yīng)力松弛時間，混合料則表現(xiàn)為彈性。而當(dāng)荷載作用時間等于應(yīng)力松弛時間，就會表現(xiàn)為粘彈性。
瀝青混合料呈現(xiàn)出粘彈性的溫度范圍是比較寬泛的。而動態(tài)模量與蠕變?nèi)崃亢?em>松弛模量可以描述混合料粘彈性性質(zhì)。這些基本參數(shù)可以描述多種性質(zhì)包括：材料的非線性粘彈性質(zhì)、破壞特性以及材料的線性粘彈性性質(zhì)。而它們都能表征材料基本的蠕變和松弛特性，也可以說這三個參數(shù)所包含的信息是相同的。那么也就是這三個參數(shù)是可以相互轉(zhuǎn)換的。但是在實際的試驗當(dāng)中，難以實現(xiàn)的是直接測量松弛模量的恒應(yīng)變松弛試驗。雖然要實現(xiàn)測量蠕變?nèi)崃康暮?em>應(yīng)力蠕變試驗相比較容易，可是同樣的存在問題，那就是一個真正的矩形荷載在試驗中不可能被得到。不論任何儀器，讓施加的荷載達(dá)到目標(biāo)值都是需要時間的，這就使誤差產(chǎn)生了。
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應(yīng)力松弛的最新內(nèi)容
能量釋放率的加載模式
這為工程實踐中不同的失效模式（突然斷裂、疲勞破壞、應(yīng)力松弛開裂）提供了統(tǒng)一的分析框架。一個核心問題隨之而來：對于您正在研發(fā)或應(yīng)用的具體材料，它的Gc 和Gth 究竟是多少？
熱膨脹系數(shù)實測曲線
02
應(yīng)力松弛/蠕變測試
模擬材料在恒定應(yīng)變（松弛）或恒定應(yīng)力（蠕變）下的長期力學(xué)行為，直接表征其應(yīng)力馳豫或尺寸偏離特性，對密封件的長期保持力、緊固件的預(yù)緊力衰減預(yù)測至關(guān)重要。
測試內(nèi)容：在恒定應(yīng)變條件下，長時間監(jiān)測材料內(nèi)部應(yīng)力隨時間的衰減規(guī)律，測試時長可根據(jù)需求進行長期觀測；或者在恒定應(yīng)力條件下，長時間監(jiān)測材料的變形隨載荷作用時間的變化規(guī)律。
基于力學(xué)測試的
OCA選型建議
03
PART
為系統(tǒng)性降低Mura發(fā)生率，建議在OCA選型階段引入以下力學(xué)測試與仿真分析項目：
單軸拉伸測試
獲取彈性模量、拉伸強度、斷裂伸長率等關(guān)鍵參數(shù)，評估OCA在貼合過程中的抗形變能力；
平面剪切測試
測量OCA的剪切模量，分析其在界面應(yīng)力下的抗錯動性能；
應(yīng)力松弛測試
考察OCA在固定應(yīng)變下應(yīng)力隨時間衰減的行為
核心測試
動態(tài)彈性模量/損耗因子測試、蠕變/應(yīng)力松弛測試、粘彈性疲勞測試、粘滯生熱與熱傳導(dǎo)性能測試。
工程價值
獲取用于瞬態(tài)熱-力耦合仿真所需的粘彈性參數(shù)與熱物理參數(shù)，精確預(yù)測產(chǎn)品的動態(tài)剛度、生熱及在長期載荷下的松弛或蠕變行為。
我司測試獲得的靜態(tài)蠕變裂紋擴展測試應(yīng)力應(yīng)變曲線
評估“網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)”的長期穩(wěn)定性：
應(yīng)力松弛測試
無論是分子工程中的交聯(lián)劑效應(yīng)，還是結(jié)構(gòu)工程中的溶劑相調(diào)控，最終都影響了聚合物網(wǎng)絡(luò)的粘彈性。應(yīng)力松弛測試能精準(zhǔn)捕捉網(wǎng)絡(luò)鏈段在恒定形變下的重組與流動特性，預(yù)測材料在長期服役中的夾持力保持率，防止因應(yīng)力松弛導(dǎo)致的粘接失效。
該模型通過一個內(nèi)變量‘變形阻抗s’統(tǒng)一考慮塑性與蠕變，避免了傳統(tǒng)模型中塑性與蠕變分別定義的復(fù)雜性，能更好地捕捉焊球在溫循升降溫階段的應(yīng)力松弛和應(yīng)變累積規(guī)律。整個模型共有9個材料參數(shù)（有時算上彈性參數(shù)共11個）：A、Q/R、ξ、m、h?、a、?、n、s?。
一套基于 MATLAB/Fortran 編寫的二維鍵基近場動力學(xué)（Bond-based Peridynamics）數(shù)值仿真代碼。程序采用經(jīng)典的動態(tài)松弛算法（Dynamic Relaxation），將動力學(xué)方程轉(zhuǎn)化為解決準(zhǔn)靜態(tài)問題的工具，模擬二維材料在單軸壓縮載荷下的響應(yīng)及裂紋擴展過程。
準(zhǔn)靜態(tài)模擬方案：利用動態(tài)松弛代碼，通過人為阻尼迭代，穩(wěn)定求解準(zhǔn)靜態(tài)單軸壓縮過程。
通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計與材料選型，振膜- 背極間距、振膜質(zhì)量、氣隙阻尼、內(nèi)部容積順性等參數(shù)，其隨時間的變化可基本忽略；唯有振膜的機械張力，會隨時間發(fā)生緩慢的應(yīng)力松弛，進而導(dǎo)致振膜順性變化，最終引發(fā)靈敏度的系統(tǒng)性漂移。
這一結(jié)論，為傳聲器穩(wěn)定性的優(yōu)化與評估，指明了的關(guān)鍵方向。
應(yīng)用流固耦合（fluid-structure interaction）算法預(yù)測金線、導(dǎo)線架、芯片偏移、芯片變形等行為
? 可與ANSYS及Abaqus整合，共同分析結(jié)構(gòu)強度
制程條件影響預(yù)測
? 模擬實際生產(chǎn)的多樣化制程條件
? 計算制程改變所造成的溫度、轉(zhuǎn)化率和壓力分布
? 預(yù)測氣泡缺陷（考慮排氣效果）與翹曲
后熟化制程翹曲與應(yīng)力分析
? 顯示經(jīng)過后熟化階段的應(yīng)力松弛和化學(xué)收縮現(xiàn)象
應(yīng)用流固耦合（fluid-structure interaction）算法預(yù)測金線、導(dǎo)線架、芯片偏移、芯片變形等行為
? 可與ANSYS及Abaqus整合，共同分析結(jié)構(gòu)強度
制程條件影響預(yù)測
? 模擬實際生產(chǎn)的多樣化制程條件
? 計算制程改變所造成的溫度、轉(zhuǎn)化率和壓力分布
? 預(yù)測氣泡缺陷（考慮排氣效果）與翹曲
后熟化制程翹曲與應(yīng)力分析
? 顯示經(jīng)過后熟化階段的應(yīng)力松弛和化學(xué)收縮現(xiàn)象
