Modelowanie procesu utwardzania klejów w Abaqus/Standard

Proces modelowania adhezji w Abaqus/Standard jest kluczowym narzędziem umożliwiającym precyzyjną symulację właściwości mechanicznych i termicznych materiałów adhezyjnych podczas ich utwardzania. W przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym i elektronicznym kleje strukturalne odgrywają istotną rolę ze względu na swoje unikalne właściwości, takie jak odporność na korozję, wysoki stosunek wytrzymałości do wagi oraz minimalizację uszkodzeń termicznych i mechanicznych w porównaniu do metod takich jak spawanie. Proces utwardzania klejów, który zazwyczaj polega na tworzeniu wiązań chemicznych w wyniku reakcji nieodwracalnej, prowadzi do zmiany materiału z cieczy w ciało stałe. Symulacja tego procesu może pomóc w projektowaniu odpowiednich warunków utwardzania w celu redukcji naprężeń resztkowych i odkształceń.

Zdolności modelowania procesu utwardzania w Abaqus/Standard

Abaqus/Standard oferuje narzędzia umożliwiające dokładne modelowanie procesu utwardzania klejów, co pozwala na analizę złożonych zjawisk termicznych i chemicznych. Kluczowe możliwości, które można wykorzystać w symulacjach, obejmują:

1. Modelowanie procesu utwardzania – symulacja utwardzania klejów poprzez uwzględnienie kinetyki reakcji chemicznych oraz procesów termicznych.

2. Model termorheologicznie prosty (TRS) – uwzględnia zależności materiału lepkosprężystego od temperatury oraz stopnia utwardzenia.

3. Definicja współczynnika rozszerzalności cieplnej – zastosowanie współczynnika ekspansji termicznej w zależności od temperatury i stopnia utwardzenia.

4. Zależność właściwości mechanicznych od procesów termicznych i chemicznych – pełna analiza sprzężona temperatury z przemieszczeniami uwzględniająca te zależności.

Przykład testu Wattsa

Test Wattsa (Watts i Cash, 1991) służy jako walidacja procesu modelowania utwardzania klejów. Polega on na pomiarze skurczu polimeryzacyjnego materiałów klejących. W teście tym próbka w kształcie dysku jest umieszczona pomiędzy dwoma szklanymi płytkami, a na wyniki skurczu materiału wpływa zarówno reakcja chemiczna, jak i zmiany termiczne.

Podejście modelowania w Abaqus

Modelowanie testu Wattsa w Abaqus obejmuje trzy kluczowe etapy:

1. Etap utwardzania – symulacja reakcji chemicznych i rozszerzalności termicznej.

2. Etap chłodzenia – analiza skurczu materiału podczas ochładzania do temperatury pokojowej.

3. Etap relaksacji naprężeń – quasi-statyczna analiza naprężeń po zakończeniu procesu chłodzenia.

Typy analizy

Symulacje w Abaqus są oparte na w pełni sprzężonej analizie temperatury i przemieszczeń. Tego typu analiza uwzględnia nie tylko deformacje materiału wynikające z procesu utwardzania, ale również zależności mechanicznych właściwości od zmian temperatury i procesów chemicznych. W trakcie analizy quasi-statycznej po procesie utwardzania przeprowadzana jest analiza relaksacji naprężeń w kleju.

Projekt siatki i elementy

Do modelowania testu Wattsa wykorzystywane są elementy osiowosymetryczne. Próbka kleju jest modelowana za pomocą elementów CAX4RHT, które doskonale nadają się do materiałów o niemal nieściśliwych właściwościach w stanie ciekłym. Płytki szklane, pierścień mosiężny oraz przerwa powietrzna są modelowane za pomocą elementów CAX4RT.