蠕變仿真的案例
粘結劑高溫高濕蠕變仿真建模總結 ￥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。
利用Abaqus的UMAT子程序仿真木材蠕變現象
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 基于UMAT的蠕變變形仿真
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。
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Abaqus粘彈性材料蠕變測試仿真案例講解
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來源：Yao Xiang，Ansys應用工程師
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展開 基于ANSYS經典界面的受拉平板的蠕變分析
討論
我們下面對比一下，有沒有發生蠕變到底對于位移有多大影響？
為了達到上述目的，我們只需要對上述建模仿真命令流中去掉蠕變項即可。
為此整理上述命令流，去掉蠕變相關項，仍舊仿真10萬秒，則命令流如下：
/clear
/prep7
et,1,plane42
mp,ex,1,2e5
mp,prxy,1,0.3
!tb,creep,1
!tbdata,1,5e-23,7
rect,1,100,0,30
lesize,1,,,10
lesize,2,,,3
mshape,0
mshkey,1
amesh,all
fini
/solu
dl,4,,all
sfl,2,pres,-100
tunif,900
time,100000
kbc,1
nsubst,1000
outres,all,all
solve
fini
/post1
FINISH
/POST26
*SET,n1,node(100,30,0)
nsol,2,n1,u,x
plvar,2
上述命令運行完畢后，繪制的該點的位移-時間曲線如下
可見，時間并沒有改變其位移，就是說，位移并不會隨著時間的變化而變化。
那么該值是多少呢？
查看該變量的值，結果如下
可見，其大小是0.049mm.
而發生蠕變后，其最終大小是0.096mm。
5. 結論
蠕變的結果，使得結構的位移會隨著時間持續增加（針對恒定載荷的情況）；而一般的線彈性分析則會保持位移的恒定（這并不意味著這種分析不需要時間，只是時間對它的影響可以忽略不計）。
蠕變分析因為增加了蠕變導致的塑性變形，從而使得其最終位移要大于同樣邊界條件下的靜力學分析的位移。
按照蠕變公式，只要時間增加，位移會一直增加下去。這與線彈性分析是不一樣的。
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軟土蠕變性建模滯后于路面流動性建模主要是因為現的土壤和相應的輪胎模型的限制。
