Abaqus基于粘弹性本构的复合材料固化成型仿真

Abaqus基于粘弹性本构的复合材料固化变形分析

复合材料制件成型过程中，由于材料自身的各向异性、树脂基体的化学收缩反应以及模具作用等因素的影响，导致制件成型过程中产生残余应力，引起固化变形，从而增加制造成本和装配难度。因此，合理预测制件固化过程中残余应力的发展，计算制件的固化变形量，成为降低制造成本、提高生产效率的重要手段。

复合材料固化成型仿真主要包括三个部分：热-化学模型，固化动力学方程和固化本构。http://www.jishulink.com/content/post/1261705中介绍了固化成型过程中的热化学模型和固化动力学方程。为了进一步研究复合材料的固化变形过程，本文又引入了粘弹性本构模型，采用完全热力耦合的分析方法，预测了复合材料的固化变形。

目前常用的固化本构模型包括：线弹性模型，路径依赖模型和粘弹性本构模型。

Zocher等提出的粘弹性本构模型其本构关系和应力增量方程为：

其中

式中St_im是历史状态变量

其中，增量步内的折算时间

式中，Cu_ij和Cf_ij分别为完全松弛刚度和未松弛刚度；a_T、W_m和τ_m分别为转换因子、权重系数和松弛时间。松弛时间和权重因子如下

通过Umat子程序编写粘弹性本构模型，结合Hetval、Disp等子程序进行固化成型过程分析。有限元模型如下图所示，包括复合材料及模具。在回弹分析时，通过Model Change 移除模具。

固化过程中的温度和固化度关系的关系如图所示

计算得到的温度和应力的关系如图所示

固化过程中的应力场如下图所示

移除模具后，可以得到复合材料的回弹变形如图所示

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