熱固性與熱塑性材料模流仿真
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2025-11-13
熱固性與熱塑性材料模流仿真的實(shí)例教程
熱固性材料
熱固性材料與熱塑性材料最大的區(qū)別是在熱環(huán)境之下的固化現(xiàn)象，熱固性材料在受熱后無法再加工。也因此成型期間的融膠流動(dòng)也隨之改變。材料供貨商總希望優(yōu)化其設(shè)計(jì)，并在黏度及固化程度間找到適當(dāng)?shù)钠胶恻c(diǎn)，這對(duì)可加工性以及產(chǎn)品周期有著相當(dāng)大的影響。針對(duì)熱固材料，Moldex3D透過分析塑料流動(dòng)的行為(包含黏度變化及固化時(shí)間)，提供材料供貨商更高效率的解決方案來優(yōu)化其配方并節(jié)約成本。此外，透過材料的特征來量化如固化所引發(fā)的體積收縮，并且此技術(shù)可以應(yīng)用在改變化學(xué)制劑、仿真、產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及各種成型條件上。
展開 背景介紹
熱固性樹脂基復(fù)合材料在制件成型過程中會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，引起固化變形，從而增加裝配和制造的難度，因此，合理預(yù)測預(yù)制件固化過程中的殘余應(yīng)力的發(fā)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(fù)材的固化成型，現(xiàn)今，越來越多的文獻(xiàn)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(fā)展了基于粘彈性模型的數(shù)值仿真計(jì)算方法，證明了粘彈性的結(jié)果固化變形量小于線彈性的結(jié)果，且樹脂含量越高的復(fù)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(shí)現(xiàn)
本文作者在參考文獻(xiàn)【1】的基礎(chǔ)上，使用廣義Maxwell粘彈性本構(gòu)模型，聯(lián)合編寫了HETVAL、USDFLD、DISP、UMAT及UEXPAN子程序，在abaqus軟件平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)了復(fù)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(guān)鍵的粘彈性本構(gòu)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(yīng)力云圖和S33云圖如下：
得到的S33關(guān)于時(shí)間的曲線趨勢如下所示：
該曲線結(jié)果和文獻(xiàn)有出入，但是榮的文獻(xiàn)中關(guān)于底數(shù)的取值有錯(cuò)誤，亦即下列公式的底數(shù)應(yīng)以e為底數(shù)，而不是10
【1】
基于黏彈性本構(gòu)模型的熱固性樹脂基復(fù)合材料固化變形數(shù)值仿真模型.pdf
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熱固性與熱塑性材料模流仿真的最新內(nèi)容
同時(shí)，結(jié)合 optiSLang 與 Twin Builder ROM 的工作流，展示如何將熱仿真結(jié)果進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為可迭代、可聯(lián)動(dòng)、可用于多物理系統(tǒng)仿真的動(dòng)態(tài)模型，支撐更高效的設(shè)計(jì)優(yōu)化、系統(tǒng)驗(yàn)證與熱管理決策。
Ansys應(yīng)用類系列網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)中，同時(shí)也上線了 “Discovery專題” ，將由Ansys 高級(jí)應(yīng)用工程師劉杰明帶來多場主題分享，重點(diǎn)聚焦 Ansys Discovery 2026 R1 的全新升級(jí)，旨在強(qiáng)化前置仿真（Upfront Simulation）工作流，大幅增強(qiáng)的流體網(wǎng)格劃分、薄壁結(jié)構(gòu)捕捉，以及面向早期設(shè)計(jì)評(píng)估的敏感性分析。
3.【2025年一等獎(jiǎng)】李根 | 中興通訊股份有限公司，通訊設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性正向設(shè)計(jì)新范式：對(duì)行業(yè)背景和需求做了深度剖析，從熱仿真、灰塵仿真、濕度仿真、凝露仿真多維度闡述了Ansys軟件在通訊設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性正向設(shè)計(jì)中提供的價(jià)值，并與實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了對(duì)標(biāo)，通過仿真設(shè)計(jì)優(yōu)化，耐腐蝕能力提高50%以上。
傳統(tǒng)溫循分析后處理中，依賴人工提取關(guān)鍵區(qū)域的塑性應(yīng)變或應(yīng)變能密度數(shù)據(jù)，不僅效率低下，且易因主觀判斷導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估偏差，難以滿足高可靠性電子封裝的工程需求。
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</figure><p class="ql-align-center"><span style="color: rgb(160, 160, 160);">澆排迭代方案模流仿真結(jié)果對(duì)比
傳統(tǒng)的彈塑性模型無法準(zhǔn)確模擬這種“又快、又熱、變形又大”的極端物理過程，而 JC 模型正是為了破解這些高能耗、高破壞性的力學(xué)難題而誕生的。
該模型的核心思想是將復(fù)雜的金屬材料行為進(jìn)行“解耦”，認(rèn)為材料的強(qiáng)度主要受到三個(gè)獨(dú)立因素的疊加影響：應(yīng)變硬化、應(yīng)變率（變形速度）強(qiáng)化和熱軟化。
在航空航天、新能源、電子半導(dǎo)體等領(lǐng)域，有一種材料堪稱“極端環(huán)境守護(hù)者”——熱塑性聚酰亞胺（TPI）。通過自身超寬耐溫區(qū)間、高強(qiáng)度力學(xué)性能、強(qiáng)絕緣等多重優(yōu)勢，成為高端產(chǎn)品升級(jí)的“關(guān)鍵密碼”。
這意味著，在后續(xù)的三維液冷流道設(shè)計(jì)與流體力學(xué)模流仿真中，電池系統(tǒng)工程師可以完全沿用傳統(tǒng)牛頓流體的方程體系，極大降低了設(shè)計(jì)復(fù)雜度。
▲ 圖8 在25°C下不同體積分?jǐn)?shù)納米流體的粘度與剪切速率的關(guān)系：（a）氧化銅與（b）氧化鋁
圖8揭示了流體表觀粘度的演化規(guī)律。在高剪切率階段，所有流體的粘度均迅速收斂至穩(wěn)定平臺(tái)值。CuO流體展現(xiàn)出的最大粘度增幅（純液與0.15%對(duì)比）僅為5.34%。
</p><p><br></p><p>通過局部鑲拼，團(tuán)隊(duì)<u>不僅提高了關(guān)鍵區(qū)域的可維護(hù)性，也借助高導(dǎo)熱材料降低了粘模和拉傷的可能性，從源頭上減少了泄漏風(fēng)險(xiǎn)。
同時(shí)，結(jié)合 optiSLang 與 Twin Builder ROM 的工作流，展示如何將熱仿真結(jié)果進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為可迭代、可聯(lián)動(dòng)、可用于多物理系統(tǒng)仿真的動(dòng)態(tài)模型，支撐更高效的設(shè)計(jì)優(yōu)化、系統(tǒng)驗(yàn)證與熱管理決策。
