黏彈性分析
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
黏彈性分析的視頻教程
溫度及應變率相關超黏彈性本構的建立、推導、參數識別與有限元應用
本課程包含基于Neo-hookean超黏彈性本構的模型建立、公式推導、參數識別、時溫等效和有限元應用五大章節。 在模型建立章節中，從認識材料的力學行為、本構關系出發，到線性黏彈性的比例關系和疊加原理，推導了Maxwell模型和Kelvin模型、廣義Maxwell模型等的本構方程，認識超彈性模型并最終建立廣義Maxwell形式的基于Neo-Hookean的超黏彈性本構。
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黏彈性分析的實例教程
黏彈性分析簡介
Moldex3D黏彈性分析模塊能協助顯示塑料的黏彈性機制。因此，能顯示充填／保壓及冷卻階段時的流動殘留應力。
此外，在仿真翹曲、退火及光學制程時也能考慮黏彈性的影響，使結果預測更合理也更精確。
Moldex3D黏彈性分析模塊功能導覽
在拉伸松弛實驗中，典型塑料最常觀察到的行為如下圖所示。在溫度低時，彈性模數高，塑料是硬而脆的（玻璃區域，區域1）。隨著溫度升高，塑料在玻璃轉變溫度時表現得像彈性皮革（區域2）。當溫度持續升高時，彈性模數再次達到一個高原區域（橡膠高原，區域3）。接著溫度再持續升高，彈性模數下降并導致相當大的流動量（區域4）。如果溫度一直持續升高，塑料將變成黏稠的液體（區域5）。
在射出成型中，翹曲主要在區域1與2時受影響，流動殘留應力或分子配向則主要在區域3至5時受影響。Moldex3D包含兩項黏彈性分析，一項用于翹曲預測，另一項則用于流動殘留應力。
典型塑料的松弛模數－溫度
在不同區域時的時間依賴的相對重要性
注意：Moldex3D黏彈性分析模塊支持solid與eDesign網格模型。
1. 前處理 (Pre-processing)
Moldex3D黏彈性分析模塊支持Moldex3D項目中的所有分析類型，其前處理階段的步驟與基本模塊相似：
步驟1：產生網格模型
步驟2：建立新項目
步驟3：建立新組別
步驟4：選擇分析項目
以下將列出特定步驟的操作說明。
開始分析
1. 關于退火模擬 (For Annealing (Stress) Analysis)
Moldex3D也能將黏彈性分析應用于退火模擬。使用者能在計算參數的應力 (Stress) 卷標中找到選項。在分析類型的下拉式選單中，選擇退火類型。
展開 為什么使用黏彈性分析仿真(VE)?
塑料高分子具有部分黏性與部分彈性的特質，并且黏彈性的效應在不同的溫度與剪切變形下黏彈性質均不同。如果僅使用一般流體及彈性模型，要正確地描述黏彈及相關性質在成型過程中的變化與行為是非常困難的。為了讓材料性質對產品的質量與結構的影響更逼近真實，設計者需要有專業的CAE分析工具來預測流動行為及材料變化。Moldex3D 黏彈分析(VE)模塊協助用戶更方便的觀察模穴中塑料產生的變化，并進而與翹曲分析及光學分析模塊整合進行更進階的分析。
Moldex3D 解決方案
? 計算塑料的黏性與彈性性質
? 流動殘留應力預測，得知各應力分量在各階段下之變化
? 預測在固化及松弛時的應力行為
? 預測成品之在空間中各點所承受之正向應力與剪應力
? 結合殘留應力分析來預測光學性質(需要光學 (Optics) 模塊 )
? 預測殘留應力
高分子的殘留應力產生與其黏彈性質高度相關，并可被歸類成熱導致的與流動導致的兩種殘留應力。其對成品強度與斷裂等瑕疵的發生影響甚巨。
蒙麥斯應力的預測結果
? 翹曲變形分析
在冷卻過程中，不同區域的溫度節會隨著時間而變化。而溫度的分布對于翹曲變型有著非常顯著的影響。如果能夠考慮塑料的黏彈性質，則翹曲變型分析的結果將可以更接近真實成型中的熔膠流動行為。
（a）使用黏彈分析模組的結果 （b）未使用黏彈分析模組的結果
翹曲分析后的變形結果
? 退火制程分析
退火為利用玻璃化臨界下溫度來加熱射出成型成品的制程。此制程主要是為了降低成品中既有的應力，以避免其所造成的變型或斷裂問題。應力消除可以提供額外的安全性來通過成品可能會接觸到的各種嚴苛化學環境。Moldex3D 黏彈分析(VE)模塊幫助用戶來仿真退火制程并將溫度變化與應力分布的結果可視化處理。
展開 考慮材料黏彈性對于翹曲的影響，其重要性與應用程度也漸趨普及。在本研究中，Moldex3D用于研究黏彈性對翹曲分析的影響。藉由開發一種建立纖維強化塑料非等向性黏彈行為的方法，同時進行實驗驗證，利用含肋條的實驗模及3D掃描進行。結果顯示，正確的黏彈模型與量測方法對描述翹曲行為是不可或缺的。
挑戰
須開發一個可仿真產品翹曲并進行實驗驗證的系統
了解翹曲仿真中黏彈性的重要性
研究如何在實際產品中降低翹曲
解決方案
利用Moldex3D進行完整的瞬時分析，透過標準翹曲及含有黏彈的翹曲求解器獲得翹曲預測值，最后透過來自GOM GmbH的ATOS Triple Scan III 3D掃描來比對軟件的翹曲預測結果。
效益
引入黏彈后，產品最大翹曲量值預測正確性在不含纖材料上提升520%，在含纖材料上則提升78%
判別影響翹曲的重要因子
省下試誤法的開發成本
案例研究
本項目由曾在Moldex3D總部實習的博士生Philipp Siegfried Stelzer與奧地利的高分子產品工程學系(Institute of Polymer Product Engineering)的Major教授，以及德國Polyplastics Europe GmbH公司共同研究完成。
若要確保產品質量，正確的翹曲預測是必要的。為了準確模擬預測翹曲的趨勢和量值，則首先要先掌握材料特性。本項目目的即為驗證材料的黏彈性對于翹曲預測的影響。
在基準檢驗中使用兩種材料，包括純PBT熱塑性高分子材料，以及含30%短纖維的PBT。本項目包含原料的全面量測，以獲得材料的熱流變及機械性質，而這些皆為進行Moldex3D仿真時所必須的信息。接著進行動態機械熱分析(DMA)，利用Prony級數來擬合并產生黏彈性模型的校正主曲線。
展開 等效節點力的計算在粘彈性邊界的地震動輸入中至關重要，公式的最終表達式很多論文中都有，但是對于初學者來說，直接使用可能會有些吃力。筆者在前不久發表的論文中對其進行了細致的推導，現在正式版（印刷版）已經刊出，正式版參考文獻鏈接如下，直接點擊文章標題即可：
黏彈性人工邊界在ABAQUS中的實現及地震動輸入方法的比較研究
DOI: 10.13722/j.cnki.jrme.2019.1068
這里將正式版文獻中，正確完整的粘彈性邊界等效節點力公式推導放在下面以供大家參考（公式5-24），希望能及時地給大家帶來一些幫助，相信大家能成功實現粘彈性邊界的地震動輸入。
展開 01
黏度與黏彈性質量測在模流分析之影響
2023年03月09日
材料特性的掌握為模流分析準確與否之最主要關鍵之一，塑料在成型過程經歷加熱熔融、形變、壓縮、冷卻固化等復雜過程，塑料的狀態一直在變化(溫度、壓力、剪切率、…)，也因此材料性質也不斷的變化，其中又以黏度與黏彈特性的變化量最為復雜與明顯，其變化的量值可高達百萬倍。
本會議概述如何更精準的量測適合于完整的工藝范圍所需要的黏度與黏彈數據以及最新的鑒定方法，以及材料性質在模流分析中的關聯性，除了可將仿真的準確度提升檔次，更可透過模流分析更精確掌握工藝技術以及提升產品質量。
展開 
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概述：
本案例展示了阻尼器的諧響應分析仿真。通過對比有無粘彈性材料的兩種仿真工況，突出了粘彈性材料在阻尼減振中的作用。通過選擇合適的材料參數，粘彈性阻尼器能夠在高頻載荷范圍內有效抑制變形幅值。
目標：
1、理解諧響應分析的工作流程
2、熟悉在 Ansys Mechanical 中通過命令片段定義粘彈性材料模型
步驟：
1、打開 Ansys Workbench
針對傳統商業有限元在處理變剛度復合材料（VSCL）與變厚度幾何時存在的網格畸變、計算耗時長、非線性極易發散等痛點，本人開發了一套基于 MATLAB 的高階半解析氣動彈性求解器。
本求解器直接基于連續介質力學方程進行離散，可實現復合材料板殼/懸臂翼面的極速參數掃描與深區非線性分岔追蹤。現分享部分計算結果，并承接相關復雜工況的定制計算與數據圖表輸出。
一、 核心理論框架
結構本構
11月11日，Ansys官方『Ansys 超彈性橡膠材料仿真分析』研討會為您展開介紹Ansys超彈性橡膠材料分析方案，還將簡要介紹Ansys最新收購的聚合物材料建模工具PolymerFEM，感興趣的下滑預約學習??
時間：11月11日（星期二），16：00-17：00
內容簡介：
本次網絡研討會主要介紹Ansys超彈性橡膠材料分析方案，聚焦于超彈性本構的選取
一、前言
粘彈性動力邊界是工程仿真中比較常用，效果也不錯的局部時域人工動力邊界條件，目前已經在ANASYS、ABAQUS和Fssicas等通用有限元軟件中有了較為通用的使用方法，但是在COMSOL這款以多物理場和PDE建模為特色的通用軟件中卻比較少見。因此本帖展示的是本人在COMSOL有限元平臺實現的粘彈性邊界的施加以及地震動輸入的介紹。
本貼采用的驗證算例引用于文獻《黏彈性人工邊界在
塑料泊松比是材料力學性能中的一個關鍵參數，它描述了材料在受到單向拉伸或壓縮時，橫向應變與縱向應變之間的關系。泊松比（通常用符號ν表示）的取值范圍一般在0到0.5之間，對于大多數塑料材料來說，其泊松比通常在0.3到0.4之間。
泊松比越高，說明材料在縱向拉伸時，橫向收縮越大。泊松比對于計算復雜部件的變形和應力非常重要，在材料科學和工程學中經常使用。精確測定泊松比對于設計部件以正確預測其在載荷作用下的變形行為至關重要
Moldex3D光學模塊建立在真實三維實體技術上的流動分析，以黏彈性分析所預測出的流動殘留應力為出發，對于非等向性的分子排向而產生的雙折射現象能有良好的掌握。Moldex3D Optics提供使用者如何著手修改幾何外型、澆口設計、射速、保壓、冷卻系統等影響光學性質的重要加工因子。
Moldex3D模流分析之VE分析11個月前
為什么使用黏彈性分析仿真(VE)?
塑料高分子具有部分黏性與部分彈性的特質，并且黏彈性的效應在不同的溫度與剪切變形下黏彈性質均不同。如果僅使用一般流體及彈性模型，要正確地描述黏彈及相關性質在成型過程中的變化與行為是非常困難的。為了讓材料性質對產品的質量與結構的影響更逼近真實，設計者需要有專業的CAE分析工具來預測流動行為及材料變化。
1. 快速范例教學 (Quick Start)
本節教學提供簡單但從最開始的操作流程來完成一仿真壓縮成型制程的IC封裝分析項目，并藉此讓用戶對此模塊的功能與操作流程有大致的了解。主要分成兩個部分：準備模型與準備分析。
注：此教學使用的案例為嵌入式晶圓級封裝(EWLP)制程的仿真，壓縮成型模塊(CM)另外還支持了許多不同制程類型，如非流動性底部充填及非導電性黏著等。
此教學所涉及到的所有功能皆如下所列
一、問題描述
有半徑為a中心孔的均勻薄板受到單軸壓力，應力為1000MPa，中心孔半徑a = 0.5 in., 薄板高2h，寬2w，h = 3 in., w = 6 in., 彈性模量E = 2(10)6 psi，泊松比v=0.3，解決平面應力問題，并將有限元的近似解與基于彈性力學理論的精確解進行對比。
二、理論分析
考慮這類中心開孔方板
為什么使用異型水路?
異型水路是一種特殊的冷卻水路設計。冷卻水路的配置可以做到幾何變化非常彈性與復雜。對于射出成型的主要的幫助是可以縮短成型周期時間(可達20 ~ 60%)、提升產品尺寸精度、改善表面凹痕…等。異型水路的定義是指模具內用來進行冷卻或加熱的水路是隨著模具的成品表面保持一定距離，以利有效的控制與管理模具的溫度條件。在幾何復雜的產品中，此種水路設計將可以有效移除傳統水路無法深入或到達區域的積熱
