[发明专利]一种惯性器件用环氧胶本构模型的构建与应用方法

说明书

本发明公开了一种惯性器件用环氧胶本构模型的构建与应用方法，包括：建立线性热粘弹性本构方程，求解老化发展方程和损伤发展方程，计算交联密度、折算时间、损伤变量，建立含热老化和损伤的环氧胶本构模型；本发明还公开了一种惯性器件用环氧胶本构模型的应用方法。本发明的本构模型构建方法能更精确地反映粘弹性材料在极端外部环境温度变化下的力学行为，以及粘接胶层对惯性器件静态输出的影响机理；可在有限元软件中对构建的粘弹性本构模型进行准确的数值仿真和力学分析，可以作为惯性器件的温变特性分析的理论依据和应用手段。

技术领域

本发明涉及粘弹性材料本构模型研究领域，具体涉及一种惯性器件用环氧胶本构模型的构建方法与应用方法。

技术背景

环氧胶主要作为粘接胶剂用于惯性器件组件间的粘结，同时作为一种粘弹性材料，其材料特性对于惯性器件的性能有着显著的影响。惯性器件是惯性导航系统和控制检测设备中的重要组成部分，其工作条件比较苛刻，经常工作于极端高温或低温的环境下，而温度对惯性器件稳定性的影响非常显著，往往造成惯性器件输出不稳定，同时由于迟滞和惯性器件温度循环测试过程中输出不重复等现象的存在造成惯性器件输出很难甚至无法进行补偿，从而严重影响惯性器件的精度，使得产品的成活率难以提升。

迟滞和惯性器件温度循环测试过程中输出不重复在惯性器件设计以及制造领域是一种尚未被认知的现象。通过考虑老化和损伤的粘弹性理论可以解释材料的粘弹性特性与惯性器件迟滞和三次不重复现象之间的关系，从机理上解释了造成惯性器件温变特性的原因。对于惯性器件温变特性的分析需要用到考虑热老化和损伤的粘弹性本构模型，而目前商业有限元软件只包含简单的本构模型，不能精确地描述惯性器件的温变特性。

用户材料子程序可以在有限元软件中定义其材料库中不存在的材料本构模型，在现有的商业有限元软件中提供给用户自定义材料属性的子程序接口，用户材料子程序通过与有限元软件主求解程序的接口程序实现与有限元软件的数据交流。由于对粘弹性材料进行温变特性分析时，采用软件中已有的简单粘弹性模型，所得结果与实际情况有较大差别。

发明内容

本发明针对惯性器件的温变特性分析过程中使用现有环氧胶的本构模型所遇到的问题，提出了一种惯性器件用环氧胶本构模型的构建方法。该方法针对以环氧胶为代表的粘弹性材料，在已有的线性热粘弹性本构模型的基础上，考虑了热老化和损伤对力学性能的影响，加入交联密度和损伤变量，能更精确地反映粘弹性材料结构在极端外部环境温度变化下的力学行为，同时可在有限元软件中对构建的粘弹性本构模型进行准确的数值仿真和力学分析。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

首先，本发明提供一种惯性器件用环氧胶本构模型的构建方法，具体包括如下步骤：

步骤1、建立用于描述粘弹性材料力学行为的各向同性的线性热粘弹性本构方程；

步骤2、求解惯性器件用环氧胶的老化发展方程；

步骤3、计算惯性器件用环氧胶的老化松弛模量；

步骤4、计算折算时间；

步骤5、求解惯性器件用环氧胶的损伤发展方程；

步骤6、建立含热老化和损伤的惯性器件用环氧胶本构模型。

进一步的，在步骤1中，所述各向同性的线性粘弹性材料的本构方程如式(1)所示：

其中，σ_ij为应力张量，S_ij为应力偏张量，σ_kk为应力球张量，μ为泊松比，E(t)为无老化的松弛模量，e_ij为应变偏张量，α^T为热膨胀系数，t和τ均为时间，ξ(t)为折算时间。