Abaqus 粘合剂固化仿真
粘合剂简介
在航空航天、汽车、生命科学和电子等行业中，粘合剂因其比传统机械紧固方法更优越的特性而发挥着至关重要的作用。结构粘合剂因其耐腐蚀性、高强度重量比以及对基材造成的热和机械损伤最小而成为首选。然而，粘合剂的固化过程（粘性液体转变为固体）涉及复杂的热和化学变化，可能会引起应变和应力，从而可能削弱粘合部件的强度。
为了优化固化条件并最大程度地减少残余应力，必须准确模拟该过程。本文将探讨如何使用 Abaqus/Standard 对粘合剂的固化过程进行建模，重点关注关键模拟技术和相关的材料建模方法。
粘合剂固化应用概述
粘合剂的固化是一个关键过程，尤其是在结构应用中。在固化过程中，粘合剂中的聚合物链发生交联，导致从粘性液体转变为橡胶状固体，并最终在冷却时转变为玻璃状固体。这种转变伴随着热膨胀和收缩，这会在粘合剂层中引入残余应力。该过程的精确建模有助于设计更好的固化策略，以确保粘合剂的寿命和可靠性。
Abaqus 建模方法
Abaqus/Standard 中的固化过程模拟涉及多种先进技术：
– 简单热流变 (TRS) 材料模型
该模型考虑了粘弹性材料的温度依赖性和固化程度，这对于准确捕捉固化过程中粘合剂的行为至关重要。
– 切向热膨胀
该技术用于定义热膨胀系数，允许模拟考虑温度变化期间材料的膨胀和收缩。
– 全耦合温度-位移分析
这种分析类型用于对粘合剂的变形进行建模，同时考虑固化过程中材料特性的热依赖性和化学依赖性。
粘合剂固化模拟示例：瓦特测试
瓦特测试用作固化建模过程的验证方法。在该测试中，如下图所示，将圆盘状粘合剂样本夹在两块玻璃板之间。当粘合剂固化时，它会收缩，导致位于粘合剂顶部的薄玻璃膜片发生偏转。
该过程的模拟包括以下几个步骤：
– 固化步骤：加热组件以激活固化过程，控制温度以控制聚合过程中发生的放热反应。
– 冷却步骤：固化后，将组件冷却至室温，在此期间对热膨胀和收缩进行建模。
– 松弛步骤：最后，允许残余应力松弛，模拟粘合的最终状态。
材料属性和边界条件
粘合剂在固化过程中的机械行为由卡迈勒方程定义，该方程根据温度和固化程度控制固化速率。使用动态机械分析 (DMA) 方法表征粘弹性，并应用 TRS 材料模型来考虑温度和固化依赖性。
组件的初始温度设置为 22°C，并应用对称边界条件。热载荷用于模拟固化和冷却过程，并对组件中不同材料之间的相互作用进行建模，以确保结果准确。
结果与讨论
下图显示了粘合剂在固化过程中的转化历史。
下图显示了固化过程中样品中心的温度和固化历史。
下面的最终图片显示了样品在冷却结束时的偏转。
将这些结果与实验数据进行比较，以验证模拟的准确性。固化过程中观察到的放热反应导致温度快速升高并相应增加热膨胀。预测的偏转剖面与实验数据吻合良好，证实了建模方法的有效性。
粘合剂固化模拟总结
使用 Abaqus/Standard 准确模拟粘合剂的固化过程对于在关键应用中设计可靠的粘合剂粘合至关重要。通过利用先进的材料模型和模拟技术，工程师可以预测并减轻固化过程中产生的残余应力，确保粘合部件的完整性。
