蠕變仿真
關注創建者：匿名 創建時間：2022-01-10
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粘結劑高溫高濕蠕變仿真建?？偨Y ￥20
基于COMSOL的膠黏劑蠕變仿真建模總結
摘要：
室溫固化環氧樹脂膠黏劑是比較典型的粘彈性材料，研究其力學性能時首先要考慮它的粘彈性，通常將粘彈性分為靜態粘彈性和動態粘彈性。高聚物動、靜態粘彈性的影響因素較多，主要有溫度、應力、頻率、應變和物理老化等，在長期載荷作用下易產生蠕變變形。
本文對膠黏劑的蠕變仿真建模方法進行總結。
框架：
1. 蠕變概念及本構模型介紹
2. 膠黏劑的蠕變仿真建模
3. 調研的幾種環氧樹脂膠結劑的蠕變參數
全文14頁。
蠕變現象
蠕變現象簡單講，就是載荷不變，材料或者結構變形隨著時間的推移而逐漸增加的現象。引起蠕變的原因有很多，溫度、材料本構、載荷水平等等。從微觀機理上可以追溯到晶體結構。當然這不是我們做工程的該考慮的。
我們要考慮的是，如何用一個本構來描述這種變形特點。下面這個圖具備相當的代表性。
通常這類問題一個顯著的特點就是和時間相關，類似于一個生長現象。搞自然科學的，看到這基本都能猜到，這個本構一定要有自然常數。下面我們將以木材蠕變為例，介紹下在ABAQUS UMAT中如何實現蠕變仿真。
2. 本構理論
文獻[1]給出了木材蠕變過程中本構：
3. 算例
3.1 模型
考慮懸臂梁模型，如下圖。
3.2 邊界條件
根據蠕變的定義，模型必須現有一個穩定的載荷，因此可以分成兩個step。第一個step，完成力加載，第二個step保持載荷，實現蠕變變形的生長。
需要指出的是，蠕變通常需要在較長的時間尺度上才能有明顯的效果。比如我們要觀察100天的變形情況，那么這個時候，ABAQUS設定的總時間還是1，在UMAT里面要乘以相應的系數，給出物理時間，才能有效的實現蠕變效果。
3.3 結果
最終得到懸臂梁端部位移如下圖所示。從圖中可以看出，在最初的幾天，蠕變變形較大，隨著時間的推移，變形增加的幅度放緩，符合蠕變的特點。
參考文獻
[1] 《濕度變化和荷載作用下膠合木曲梁的工作性能研究》
[2] 《旋切板膠合木的蠕變及其對結構穩定性的影響》
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展開 關鍵詞：蠕變，彈塑性，θ方程，時間，高溫
什么是蠕變
學材料力學都會接觸到材料屈服，但是蠕變就未必會學。除了研究這個方向的學生，大部分人可能接觸不到。
簡單理解蠕變，就是結構在外載荷不變情況下，變形隨著時間推移而逐漸增加。
通常蠕變都會和熱關聯，高溫等惡劣服役環境下，材料性能緩慢下降，較容易產生蠕變的現象。
它和疲勞有點像，主要區別在于，疲勞強調“交變載荷”工況，而它強調載荷不變，性能下降。
從載荷變形曲線看，它和屈服可能更像，有些材料的屈服會呈現載荷基本保持不變，但是變形卻顯著增加。但是也是有區別的，屈服強調載荷接近材料極限，且不可逆，短時間內發生。而蠕變一般是結構正常服役工況，應力水平不高，且要有較長時間周期，比如地基的沉降現象。
仿真方法
目前對于金屬的力學行為研究，越來越多的學者從微觀尺度入手，像晶體塑性力學等就是典型代表，滑移、位錯等理論也成為研究材料失效或者性能下降的重要工具。
相比于宏觀唯象模型，這類微觀模型當然更具有物理意義，也更先進，能解釋很多現象。但是當下的研究生培養方式，使得很多學生進入一個領域后，過早的集中在某個點的研究，而未形成對該領域有效的、可靠的認知。以至于，似乎他在某個學科方向研究了三五年，但是似乎對這個方向他又知之甚少。
這就像，搞編織復合材料卻不懂層合板，懂金屬的晶體塑性力學，卻不懂最常見的JC彈塑性模型。有點像辟邪劍譜，練的快是快，但是沒有根基。
扯遠了，回到蠕變這個問題，我們采用唯象模型，簡單講就是根據試驗數據擬合的蠕變模型。
展開 金屬蠕變子程序，內含相應的碩士學位論文，共計7個參數，使用的是雙曲正弦蠕變本構方程，可以用作子程序學習以及金屬蠕變仿真的參考。
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通常蠕變都會和熱關聯，高溫等惡劣服役環境下，材料性能緩慢下降，較容易產生蠕變的現象。
它和疲勞有點像，主要區別在于，疲勞強調“交變載荷”工況，而它強調載荷不變
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Pratt Miller 與 Altair EDEM 及 MotionSolve 團隊合作，開發了突破性的軟土蠕變性仿真。EDEM 先進的 DEM 土壤建模解決方案與新的柔性充氣輪胎模型 PM-FlexTire 相結合，可在 PD 過程的早期通過虛擬開發實現擴展。避免了在移動平臺開發的早期階段對軟土用例原型的需求。
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1.
下面我們將以木材蠕變為例，介紹下在ABAQUS UMAT中如何實現蠕變仿真。
2. 本構理論
文獻[1]給出了木材蠕變過程中本構：
3. 算例
3.1 模型
考慮懸臂梁模型，如下圖。
3.2 邊界條件
根據蠕變的定義，模型必須現有一個穩定的載荷，因此可以分成兩個step。
那么如何對蠕變行為進行仿真呢？本文給出一個例子，該例子十分簡單，是對一個900度下的受拉平板做蠕變分析。
該例子來自于《ANSYS機械工程應用精華50例》的第22個例子?！荆ǖ谌妫?，高耀東，劉學杰主編，電子工業出版社，2011.】，本文主要對其加強了顯示部分和講解部分，以便用戶能更清晰地理解其分析過程。
