Ansys Workbench 胶粘凝固过程，变形等效仿真 原创

问题：

    最近遇到一个仿真项目：一个光滑薄板粘贴在基板上，要求评估胶粘凝固后平面的变形量。作为一位结构仿真工程师，关于胶粘凝固过程的仿真——胶水由液态变为固态，似乎和结构仿真没什么关系，自己也不知道如何进行计算。所以就查询了deepseek和豆包，然后就知道了ansys官方已经针对该问题设计了一个ACT插件专门用于模拟胶粘凝固过程的仿真： ACCS Ansys Composite Cure Simulation （收费插件，人穷志短买不起，哎！）

    然后就查询了一些关于胶粘过程的论文，其中“车身制造用铝合金-钢胶接接头固化变形及固化失效机理研究-朱晓搏”写的比较详细，指出胶粘过程大致阶段如下，详细内容请参考原文。

• 第一阶段：从开始加热起始直至温度升高到胶层的凝胶点结束。在这一阶段中，胶层为粘流态，表现为高粘度的流体。

• 第二阶段从胶粘剂凝胶开始，经历整个保温阶段至温度下降到玻璃化温度为止。整个阶段，胶层处于高弹态。这一阶段是整个固化过程中胶层属性最为复杂的阶段。包括胶层固化反应收缩和温度、胶层状态等多方面因素共同影响。

• 第三阶段由玻璃化温度开始直至胶层温度冷却至室温。在此阶段中，胶层完全固化，处在玻璃态，其物理属性只与温度相关。在此状态下，胶层的链段被冻结，变形能力很小，具有较高的模量。

    这里结合当前工作需求和实际状态，以上述论文中的胶粘凝固过程为基础，尝试了一个偷懒的仿真方式。其中论文中的第一阶段，胶层为流体状态，结构变形应力，不予考虑；论文中的第二阶段，这里只考虑胶层的固化反应体积收缩，其余不考虑。同时该阶段胶层材料的物理属性由固化后属性按比例衰减估计；论文中的第三阶段则为降温体积收缩过程。所以，本文针对胶粘固化过程的仿真变为两个阶段。

针对阶段1的胶层固化反应体积收缩，同样等效为温度变化导致的体积变化，仍为降温体积收缩仿真。这里需要考虑的重点是体积收缩量和等效降温温度的对应关系。

阶段1温度：equivalent Temperature T1：利用降温，等效胶层固化体积收缩。

• 根据胶体part体积收缩率Vs=0.02，计算当量温度T1；

• 体积收缩Vs 换算线收缩率Ls：Ls = 1-(1-Vs)^1/3;     由Vs=(V-V`)/V=(L³-(L-Ls)³)/L³；

• 线收缩量Ls 换算阶段1当量温度：T1 = Tr-Ls/α；     由 (Tr-T1)*α*1 = Ls；

阶段2温度：equivalent Temperature T2：降温体积缩小。

• 根据胶体part ：Tc 和Tr 差值，计算当量温度；

• 阶段2当量温度：T2=T1-(Tc-Tr);

      上述过程在一个static mechanical中可以通过Command命令的方式，利用BF命令定义节点温度的方式，完成等效仿真模拟。大致流程如下：

• 用户需要创建胶层为独立part；

• 正常设置各部件的材料和连接方式。胶层的材料：固化后的材料属性，建立线弹性模型即可；

• 在named selection 中选择需要分析的胶层part体；

• 插入command命令更改输入参数，计算；

本文这里在command中定义胶层新材料时，只设定了胶层的弹性模量这一个参数随温度而变化。

插入的command命令如下，用户需要注意自己更改部分变量值和胶层NS名称；

通过以上方式即可粗略完成胶层凝固过程变形仿真——使用降温等效胶层凝固体积收缩+降温体积收缩；

       用户需要实际的试验测试结果，对标验证输入参数：

• TotalChemShrinkage = 0.002 ! 总化学收缩率 (e.g., 5%)
• matDerating = 0.01 ! 胶层相比固化后的EX，在凝胶态的EX折减率

另外，为了方便操作。这里将上述过程封装成了ACT插件。 可以在Mechanical常用操作环境下完成上述过程用，户不需要自己再使用apdl command 。