基于有限体积法的光固化树脂粘弹性力学行为研究

作     者：蔡恒 席佳乐 范一鸣 陈园 

作者机构：南方科技大学系统设计与智能制造学院 长安大学现代工程实训中心 

出 版 物：《力学学报》 (Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

基　　金：国家资助博士后研究计划基金(GZC20231037) 深圳市自然科学基金面上项目(JCYJ20230807093602005) 深圳市连续碳纤维复合材料智能制造重点实验室(ZDSYS20220527171404011) 广东省普通高校重点领域专项(高端装备制造)(2023ZDZX2025) 

主　　题：聚氨酯丙烯酸树脂 有限体积法 分数阶Kelvin-Voigt粘弹性力学模型 光固化树脂 参数识别 

摘      要：光固化聚合物体系成分复杂，随时间变化的粘弹性力学行为具有不确定性。因此，本文以代表性光固化树脂中的聚氨酯丙烯酸树脂（PUA, Polyurethane Acrylate）为例，基于二阶位移展开有限体积法及分数阶粘弹性本构关系发展光固化树脂的力学模型。首先，根据边界条件确定胞元面的连续性条件和数值模型的总刚矩阵，显式计算所有胞元的未知面位移。为探究光固化树脂在不同应变率影响下的粘弹性力学行为，引入分数阶有限变形KelvinVoigt粘弹性力学模型，建立应力-应变之间的本构关系。然后，通过应变率分别为10-4/s,10-3/s,10-2/s以及10-1/s的单向拉伸试验完成本构模型中弹性项以及粘性项的参数识别。最后，开展不同应变率下的单向拉伸试验及数字图像散斑（DIC,Digital Image Correlation）分析，评估数值模型的计算误差。结果表明，本文所建立的数值模型能有效预测不同应变率下光固化树脂的力学行为，并且平均预测误差仅为1.98%。