熱固化仿真的案例
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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 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 abaqus纖維復合材料V型件熱固化模型 ￥300
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</figure><p>abaqus纖維復合材料V型件熱固化模型，chile子程序，內附CAE，inp及ODB文件，chile模型，操作步驟詳解</p>
展開 
熱固性酚醛樹脂的固化速度與性能
制備一階樹脂的醛/酚的最高比例(摩爾比)可達1.5：1，此時固化樹脂的物理性能也達最高值。一階熱固性酚醛樹脂可以在加熱條件下固化，也可以在酸性條件下固化。
全面解讀碳纖維復合材料感應熱固化技術
其中，目前碳纖維復合材料基體樹脂熱固化時間長、速度慢、溫度不均勻等缺點，是人們認為需要改進的一個很重要的技術點。
現在對碳纖維復合材料樹脂固化加熱方式，主要分兩種。一種是電阻加熱，這種加熱效率非常低，加熱的時候通常需要很長時間，所以設備占用時間長，生產周期長，成本自然而然會很高。
第二種加熱方式是感應加熱，主要利用交流電通過線圈產生磁場，在電磁作用下進行加熱，類似于家庭中應用的微波爐或者電磁爐。這種加熱方式優點是加熱效率高，能量損耗低，加熱快，與被加熱物體不用接觸，不會受到物體形狀的限制。
但是第二種缺點也很明顯，因為是電磁產生熱量，所以要求被加熱物體具有導電性。所以通常是加鐵粉來解決，但是很容易產生溫度不均勻的問題。限制了在大尺寸部件中的應用。
Corebon技術
Corebon公司開發了一種新型加熱裝置，來解決上述問題。主要就是利用感應加熱線圈，在模壓機的模具表面形成局部高溫，然后利用這個高溫表面在與碳纖維預浸料接觸時，進行加熱。
因為是局部高溫，所以加熱效率會很高，加熱速度也會很快，樹脂固化完冷卻速度也會很快。其次，采用接觸面傳遞熱量，而不是在樹脂中添加導電材料，保證了碳纖維復合材料的完整性。
這種加熱方式，具有快速、高效、可控等優點。據Corebon公司介紹這種加熱工藝，比傳統加熱工藝速度快10倍，模具比傳統模具輕20倍，能量節省95%，溫度更均勻。
碳纖維軸的感應加熱使溫度更均勻
其專利工藝基于感應熱處理，使Corebon能夠以比現有方法更快的速度生產出碳纖維部件。此外，生產出的碳纖維部件的質量也得以提升，而且生產過程中的能量消耗也相當低。
斯堪尼亞Growth Capital管理公司合伙人Christian Zeuchner表示：“Corebon在碳纖維部件生產方面，研發了一種真正具有突破性的方法。
展開 abaqus碳纖維復合材料熱固化模擬-球形件模型 ￥400
abaqus碳纖維復合材料熱固化模擬，球形件模型，chile模型，內附inp，CAE，ODB模型
COMSOL固化仿真
現在正在仿真膠體在金屬殼體中的固化過程，而我在建立膠體與金屬殼體接觸面的粘附、以及固化后可能脫粘的模型時，在網上看到有人說Cohesive Zone Model（內聚區模型）能夠準確描述，但是我怎么找都沒找到，請問各位大佬這個模型存在嗎？在哪個位置，如何找出來？如果沒有這個模型，還有什么方法可以模擬膠體與金屬殼體接觸面的粘附、以及固化后可能脫粘情況？
基于Abaqus的光固化3D打印結構仿真
數字化光處理技術(DLP)是一種面成型的光固化打印方式，也是一種廣泛使用的3D打印技術。DLP的技術原理是在光源作用下使液態樹脂發生聚合反應固化成型。掃描完一層后，平臺上升或下降一個切片層厚度，樹脂補充完成后進行下一層的固化，新固化層與上一層緊密結合在一起，如此層層疊加即可完成三維結構的構建。
我們在之前的文章里介紹了復合材料固化變形的相關內容。樹脂固化過程中會出現化學-熱-變形多場之間的相互耦合，固化產生的化學收縮以及熱應變會導致復合材料結構內部產生較大的內應力，并導致結構形狀發生改變。光固化3D打印結構變形與復合材料固化變形本質上是類似的，都是由樹脂的固化收縮和熱應變導致內部產生殘余應力，釋放邊界約束后結構發生回彈變形。與復合材料固化變形相比，光固化需要額外考慮光照對固化速率的影響，一定程度上增加了分析的復雜性。
本文將從固化動力學模型、材料本構以及建模方法三方面展開介紹。
固化動力學模型
光固化過程中，樹脂的固化速率與溫度和光照強度相關。本文采用同時考慮溫度和光照強度影響的自催化固化模型：
式中k為反應速率常數，
固化過程會同時釋放出大量熱量，熱量與固化速率的關系如下
用到的子程序：sdvini(設置初始固化度),usdfld(更新固化度和固化速率)，hetval(內部生熱)
材料本構
我們在之前的文章中介紹了復合材料固化變形的幾種本構，包括線彈性本構、路徑依賴本構以及粘彈性本構。這里我們采用指數形式的本構來描述材料剛度與固化度之間的關系。
展開 福建農林大學邱仁輝教授團隊揭示氫鍵在3D光固化打印熱塑性材料的作用機制
光固化3D打印技術，是一種可以對產品形狀進行高度定制的新型高速打印技術。常規的光固化3D打印油墨是熱固性樹脂，因為一般只有熱固性樹脂的三維網絡結構才可阻止在打印過程出現的聚合物溶解和擴散現象，這也意味著熱塑性樹脂在光固化3D打印過程中，由于存在熱塑性聚合物的溶解和擴散過程而難以進行。
福建農林大學邱仁輝教授團隊通過設計熱塑性樹脂分子間的氫鍵作用，提出一種廣泛適用的光固化3D打印熱塑性聚合物策略，一方面通過油墨中的氫鍵“誘導”分子聚集，加快單體聚合速率；另一方面通過聚合物中的氫鍵作用降低其在未聚合母體油墨中的溶解和擴散速率，以此成功地利用LCD光固化打印技術制備熱塑性聚合物。
為驗證氫鍵在LCD打印過程中的作用，選用丙烯酸（AA）和N-羥乙基-2-吡咯烷酮（NVP）以不同比例混合設計出三種不同氫鍵數量的打印油墨，并結合分子動力學模擬研究體系的固化速率、溶解性及打印精度等。研究發現，氫鍵的存在會“誘導”NVP和AA分子形成“關聯構型”，加快了聚合速率，同時使打印出的聚合物更難溶解在極性溶劑里，打印物件的精度也更高（圖1）。
展開 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 
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
有相關需求歡迎通過微信公眾號聯系我們。
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
膠黏劑固化殘余應力仿真計算方法總結 ￥10
這種材料在固化過程中，聚合物分子鏈相互交聯逐漸增加，液態轉化為固化，產生體積收縮，同時材料剛度隨之增加。當它收縮到受周圍材料的約束時，就會產生應力， 也就是固化殘余應力。固化殘余應力直接影響膠黏劑的膠接強度及被粘接元件的穩定性。本章介紹一種膠黏劑的固化殘余應力有限元仿真計算方法，該訪法所需材料參數膠固化收率，膨脹系數，彈性模型，泊松比等比較容易獲取，適合工程計算。
整個文檔框架：
1. 膠固化過程的力學行為
2. 膠固化過程中的收縮與內應力
3. 等效熱變形法計算膠固化殘余應力的原理
4. 基于COMSOL膠固化殘余應力的計算案例
5. 膠體積收縮率測試方法及幾款膠的體積收縮率
展開 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
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