復合材料固化成型仿真的案例
Abaqus基于粘彈性本構的復合材料固化成型仿真
Abaqus基于粘彈性本構的復合材料固化變形分析
復合材料制件成型過程中，由于材料自身的各向異性、樹脂基體的化學收縮反應以及模具作用等因素的影響，導致制件成型過程中產生殘余應力，引起固化變形，從而增加制造成本和裝配難度。因此，合理預測制件固化過程中殘余應力的發展，計算制件的固化變形量，成為降低制造成本、提高生產效率的重要手段。
復合材料固化成型仿真主要包括三個部分：熱-化學模型，固化動力學方程和固化本構。http://www.yqgqt.org.cn/content/post/1261705中介紹了固化成型過程中的熱化學模型和固化動力學方程。為了進一步研究復合材料的固化變形過程，本文又引入了粘彈性本構模型，采用完全熱力耦合的分析方法，預測了復合材料的固化變形。
目前常用的固化本構模型包括：線彈性模型，路徑依賴模型和粘彈性本構模型。
Zocher等提出的粘彈性本構模型其本構關系和應力增量方程為：
其中
式中St_im是歷史狀態變量
其中，增量步內的折算時間
式中，Cu_ij和Cf_ij分別為完全松弛剛度和未松弛剛度；aT、Wm和τm分別為轉換因子、權重系數和松弛時間。松弛時間和權重因子如下
通過Umat子程序編寫粘彈性本構模型，結合Hetval、Disp等子程序進行固化成型過程分析。有限元模型如下圖所示，包括復合材料及模具。在回彈分析時，通過Model Change 移除模具。
固化過程中的溫度和固化度關系的關系如圖所示
計算得到的溫度和應力的關系如圖所示
固化過程中的應力場如下圖所示
移除模具后，可以得到復合材料的回彈變形如圖所示
有關于子程序二次開發或者復材仿真的問題可以聯系QQ1653004885或者關注CAE320公眾號
展開 Abaqus基于粘彈性本構的復合材料固化成型仿真
復合材料制件成型過程中，由于材料自身的各向異性、樹脂基體的化學收縮反應以及模具作用等因素的影響，導致制件成型過程中產生殘余應力，引起固化變形，從而增加制造成本和裝配難度。因此，合理預測制件固化過程中殘余應力的發展，計算制件的固化變形量，成為降低制造成本、提高生產效率的重要手段。
復合材料固化成型仿真主要包括三個部分：熱-化學模型，固化動力學方程和固化本構。http://www.yqgqt.org.cn/content/post/1261705中介紹了固化成型過程中的熱化學模型和固化動力學方程。為了進一步研究復合材料的固化變形過程，本文又引入了粘彈性本構模型，采用完全熱力耦合的分析方法，預測了復合材料的固化變形。
目前常用的固化本構模型包括：線彈性模型，路徑依賴模型和粘彈性本構模型。
Zocher等提出的粘彈性本構模型其本構關系和應力增量方程為：
其中
式中St_im是歷史狀態變量
其中，增量步內的折算時間
式中，Cu_ij和Cf_ij分別為完全松弛剛度和未松弛剛度；aT、Wm和τm分別為轉換因子、權重系數和松弛時間。松弛時間和權重因子如下
通過Umat子程序編寫粘彈性本構模型，結合Hetval、Disp等子程序進行固化成型過程分析。有限元模型如下圖所示，包括復合材料及模具。在回彈分析時，通過Model Change 移除模具。
固化過程中的溫度和固化度關系的關系如圖所示
計算得到的溫度和應力的關系如圖所示
固化過程中的應力場如下圖所示
移除模具后，可以得到復合材料的回彈變形如圖所示
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展開 基于Abaqus的復合材料固化成型過程中的熱-固化數值模擬 ￥99
復合材料固化成型過程中，許多材料參數都是與溫度場及固化度相關的，因此模擬復合材料固化成型時首先需要知道溫度場和固化度的變化情況。
溫度和固化度這兩部分是相互耦合的，復合材料固化過程的熱傳導需要考慮固化放熱的影響
式中，ρc為復合材料密度；Cc為復合材料比熱容，λ為導熱系數，T為溫度，t為時間；Q為熱生成率
式中，ρr為樹脂密度；Vf為纖維體積分數；Hr為樹脂放熱；α為固化度；固化反應速率
其中
式中，K為自催化模型反應速率常數；A為頻率因子；ΔE為活化能；R為理想氣體常數。
數值模擬過程中主要用到SDVINI、FILM、DISP、HETVAL及USDFLD子程序。
1) SDVINI和USDFLD子程序主要用來定義初始狀態變量，并且兩者可以互相替代。
2) FILM子程序用來定義熱傳導第三類邊界條件中的對流換熱系數和環境溫度。
3) DISP用來定義熱傳導第一類邊界條件，當熱交換系數非常大時，DISP和FILM定義的邊界效果相近。
4) HETVAL用來定義材料內部產生的熱量，該程序是連接熱傳導和固化動力學方程的關鍵。
使用的材料屬性見下表
仿真得到的固化度和溫度變化結果見下圖
[1]丁安心. 熱固性樹脂基復合材料固化變形數值模擬和理論研究[D].
[2]喬巍,姚衛星,馬銘澤.復合材料殘余應力和固化變形數值模擬及本構模型評價[J].材料導報,2019,33(24):4193-4198.
考慮粘彈性本構的固化仿真http://www.yqgqt.org.cn/content/post/1283755
大家有問題可以私信或者聯系QQ1653004885
附件中為子程序和inp文件
展開 恒神股份國內首創二十米長碳纖維復合材料車體完成鋪縫固化成型下線
近日恒神公司復材園傳出消息，高寬數米，長度近二十米長的下一代碳纖維復合材料車體完成鋪縫固化工序，成型下線，國內首創。這表明恒神公司經過多年矢志攻關，已經進入了碳纖維技術和成果的收獲期。
合格高標的碳纖維是制作復合材料的基礎，恒神公司實現了T800S國內領先，T1000填補了國內空白，向著國際第三代碳纖維產品邁進，碳纖維立體編織實現了國內首創。
在航空領域，運用液體成型工藝的某型直升機平尾中央翼盒研制、某型通用航空擾流裝置，國內首創。某型尖端型號制件研制、某型直升機復合材料體系實現了國內領先。
在航天領域，復合材料T700S體系、T800H體系、T800S體系擁有自主知識產權，國內領先。
在民航領域，運用自動鋪縫技術的寬體客機窗框，應用自動鋪絲技術的后機身筒段國內首創。
在軌道交通領域，下一代碳纖維復合材料車體，碳纖維復合材料定位裝置創造了預研最早，形體最大的國內記錄。
技術上的突破實現了節能降耗。碳纖維生產線優化了工藝，減少了電耗，預浸料生產損耗實現歷史最低，合格率實現歷史最高，人員效率實現歷史最好，樹脂生產工藝改進溶劑每月節省300公斤，人員減少75%。恒神公司進入國家強基工程，參與碳纖維復合材料試驗公共服務平臺項目。高性能碳纖維及復合材料制備關鍵技術通過國家驗收。
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基于Abaqus的復合材料固化仿真模擬
利用abaqus進行結構力學仿真已經十分普遍，但有關預測復合材料固化過程中變形及殘余應力的內容相對較少。復合材料的固化行為可分解為熱傳導、固化交聯反應、樹脂流動-壓實、固化變形四個重要環節，涉及Hetval、Uexpan及Umat等子程序，內容繁復且不易理解，下面將簡要介紹各個環節及所使用的子程序。
溫度場研究一直是復合材料構件制造中的一個主要研究熱點，溫度場通過影響樹脂的固化度和固化速率對材料熱物理性能、化學收縮、殘余應力等產生影響，因此針對熱-化學耦合的仿真研究比較多。此過程中主要使用的子程序有Hetval、Film及USDFLD等，在莊茁先生的著作中有部分源代碼，在此不再贅述。
Film子程序簡介
該子程序在熱交換分析中用來定義非均勻的對流換熱系數和環境溫度，可以定義的變量有H（1）、H（2）及sink。
H（1）用于定義節點上的對流換熱系數，如果沒有定義，那么將被初始化為0。
H（2）用于定義節點上對流換熱系數相對于表面溫度的變化率，通過定義這個值，可以提高非線性分析中的收斂速度。
sink用于定義環節溫度，如果沒有定義，那么也將被初始化為0。
Hetval子程序簡介
該子程序用來在傳熱分析中定義內部樹脂固化生熱，可以定義和更新的變量有FLUX（1）、FLUX（2）及STATEV。
FLUX（1）用于定義當前節點上的熱流密度。
FLUX（2）用于定義單位溫度變化導致的熱流密度的改變速度。
展開 復合材料固化過程仿真 黏彈性子程序
現出復合材料固化過程仿真 黏彈性子程序 ，本人從事復合材料固化過程、強度校核仿真數年，現已脫離此行業，有需要UMAT、UMATHT、UEXPAN、VUMAT等相關程序可以聯系我。
QQ：860536174
abaqus纖維復合材料平板件熱固化仿真，chile模型! ￥200
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內附模型，子程序，學習資料，ODB文件!
基于粘彈性本構模型的熱固性樹脂基復合材料固化變形數值仿真模型
背景介紹
熱固性樹脂基復合材料在制件成型過程中會產生殘余應力，引起固化變形，從而增加裝配和制造的難度，因此，合理預測預制件固化過程中的殘余應力的發展具有重要意義。
早期的研究主要集中于彈性理論來研究復材的固化成型，現今，越來越多的文獻考慮了樹脂的固化放熱以及材料的各向異性等因素的影響，發展了基于粘彈性模型的數值仿真計算方法，證明了粘彈性的結果固化變形量小于線彈性的結果，且樹脂含量越高的復材，其粘彈性效果越明顯。
RTM成型工藝示意圖
二。粘彈性模型在Abaqus中的實現
本文作者在參考文獻【1】的基礎上，使用廣義Maxwell粘彈性本構模型，聯合編寫了HETVAL、USDFLD、DISP、UMAT及UEXPAN子程序，在abaqus軟件平臺中實現了復材固化成型的仿真模擬，其基本編程思路如下圖所示：
其中，最關鍵的粘彈性本構公式為：
參考上述公式和子程序的編寫流程，可以完成上述模型。最后得到仿真Mises應力云圖和S33云圖如下：
得到的S33關于時間的曲線趨勢如下所示：
該曲線結果和文獻有出入，但是榮的文獻中關于底數的取值有錯誤，亦即下列公式的底數應以e為底數，而不是10
【1】
基于黏彈性本構模型的熱固性樹脂基復合材料固化變形數值仿真模型.pdf
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展開 非金屬復合材料成型仿真交流
大家好，我目前在做非金屬復合材料成型方面的仿真，主要涉及的軟件包括（PAM-COMPOSITE，ABAQUS，Moldex3D等），希望感興趣的同學加入這個群
921536817，大家共同交流。
設計仿真 | Digimat在電池殼體SMC復合材料成型工藝中的應用
#01「 SMC 工藝介紹及挑戰 」
SMC（Sheet Molding Compound的縮寫，即片狀模塑料）是一種復合材料制造工藝。該工藝可以有效地代替金屬，實現車輛輕量化目標。該工藝不僅能夠顯著降低車身重量，而且設計靈活，操作簡單、易于實現自動化、可成型表面光滑結構復雜的制品等。近年來可以看到越來越多的電車企業，選擇SMC作為制備電池殼體的首選工藝。其成型方法是將纖維短切，鋪設在樹脂和添加劑混合所形成的樹脂漿料上，之后在表面進行樹脂疊加，三者通過加壓固化的方式改變材料厚度，最后包裝。
在得到SMC工藝制備的片狀卷材后，會對材料進行進一步加工，通常稱為CF-SMC模壓成型工藝，將連續碳纖維和短切纖維通過不同形式的混雜加工從而制備成形狀較為復雜、有較高尺寸精度要求的復合材料零部件，這里連續纖維作為增強體彌補了短切纖維的力學短板，達到了局部補強的目的。可以看出該種方式通過控制纖維長短，鋪設方向，可以進一步設計復合材料的力學性能，在力學性能的可控性和可設計性要比單層SMC片材大。該工藝適用于大批量、重復性高、結構復雜的汽車半結構件生產。在不犧牲力學性能、表面質量的情況下進一步減輕重量。
該制造工藝的難點在于需要設計匹配的鋪層或者纖維的分布，用以配合不同結構件的力學或其他性能要求。這些挑戰要求在設計之初，不僅需要考慮純力學分析，還要考慮制造工藝過程中所引入的材料各向異性。由于有意識的設計纖維分布的不均勻，導致在宏觀表征上，結構件的各向異性明顯。通過計算機仿真分析可以快速方便地研究不同設計得到的車身結構的力學性能，進而幫助企業快速確定工藝參數，減少了實際測試和調整的時間和次數，進而降低生產成本，提高研發和生產效率。
展開 Moldex3D仿真分析之壓縮成型快速生產復雜的復合材料部件
為什么使用壓縮成型模擬?
壓縮成型為塑料在高溫高壓的條件下被擠壓進預熱的膜腔中直到固化的成型過程。其制程可用于大量生產且達到低成本的制模，適用于具有復雜外觀、高強度或抗高沖擊性的產品。
壓縮成型能夠快速生產復雜的復合材料部件，Moldex3D支持許多不連續的且常用于壓縮成型的FRP材料，包含熱塑性材料GMT、LFT-G、LFT-D；也支持熱固性材料，例如SMC、BMC材料。
模擬挑戰
? 適合的材料數量
? 預測所需的鎖模力以確保達到正確的形狀
? 提供適當的成型參數以確保壓縮成型的質量
? 材料壓入模腔后的模具設計
? 偵測潛在的溢料問題
? 達到量產品質量一致
Moldex3D 解決方案
? 模擬單一填料或多個預填料設計的流動制程
? 可視化壓力分布、體縮率、殘留應力等分布情形
? 預測潛在的成型缺陷，如溢料或毛邊的產生
? 優化壓縮速度、壓縮力或模溫等成型條件
? 支援纖維排向與金線偏移分析
? 支持并行計算，加速完成模擬過程
單一預填料設計 兩對稱預填料設計
? 為了更準確地預測壓縮成型過程中的大變形，Moldex3D支持LS-Dyna（R15.0及更新版本）。 此整合解決方案允許用戶無縫地導入由LS-Dyna在初始壓縮變形過程中所計算的初始溫度，且用于Moldex3D的壓縮成型分析。 主要特點是
o 支持LS-Dyna材料卡以EFG方法考慮大變形
o 支持導入LS-Dyna所計算的初始溫度
o 可自定義初次預充填的纖維排向
產業應用
? 汽車
? 電子
? 消費性產品
Moldex3D建議產品
? Moldex3D Advanced Package
展開 
復合材料固化粘彈性模型 ￥4000
<p>復合材料固化粘彈性模型</p>
碳纖維復合材料平板固化翹曲變形 ￥25
碳纖維復合材料平板固化翹曲變形，內附inp文件，ODB文件及操作視頻
samcef 復合材料-----NX CAE及固化介紹
目前公布的復合材料部分建模仿真，使samcef composites有了新的載體，前后處理依托于NX CAE，這樣在新的軟件版本中將會使用兩個許可文件，NX CAE及samcef求解器的許可。優化后的軟件包使得samcef composites煥然一新，相信會讓之前samcef老用戶會有全新體驗。另外，在復合材料固化成型方面，軟件也做出了新的突破。預知詳情，請查看附件。
附件第一部分介紹了samcef composites的前處理及相對于其他有限元軟件的獨特優勢；第二部分介紹了復合材料的固化成型專業解決方案。
samcef composites前處理及獨特優勢.pdf
Samcef Composites--專業的復合材料固化成型分析解決方案.pdf
展開 用于碳復合材料制造的固化傳感器
Lambient Technologies是高級聚合物材料固化分析解決方案的專家，宣布推出用于碳纖維復合材料的碳+傳感器。
碳纖維復合材料在制造過程中不斷增加的存在推動了在制造過程中對介電固化監測的需求。通常，介電傳感器需要濾波器來阻擋導電纖維并防止電極短路。每次測試后必須手動更換過濾器，它們的使用會增加時間，精力和成本，因此有必要避免在快速，重復的操作中使用它們。
Lambient Technologies的碳+直接接觸式傳感器具有保護性永久絕緣層，無需過濾器即可實現固化監測，可無縫集成到模塑應用中。來自碳+傳感器的數據顯示與固化狀態的一致關系，并且可用于確定：流動前沿或樹脂接觸，最小粘度點，可能與凝膠化相關的峰值反應速率的時間，以及用戶定義的固化結束。
高透明水晶樹脂https://www.hongyantu.com/index.php?r=landing/index&id=szjgb
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