一种OCA材料超黏弹性本构参数识别与验证方法与流程

本发明涉及高分子软材料力学表征与本构建模，具体涉及一种oca材料超黏弹性本构参数识别与验证方法。

背景技术：

1、oca广泛应用于柔性显示、触控贴合、光电显示及电子封装结构中，除需具备透明粘接功能外，还承担层间载荷传递、局部缓冲和变形协调作用。oca的复杂力学行为与器件可靠性密切相关，建立合理机械本构模型对于器件变形控制和长期可靠性分析具有重要意义。

2、高分子材料的力学行为往往随载荷频率非线性变化。针对高分子软材料通常采用超弹性模型描述平衡态大变形响应，并通过时域黏弹性模型引入速率相关行为。但是，针对oca薄层材料的实际工程应用，尤其是冲击和高速变形场景，现有方法仍存在以下不足：其一，参数识别通常依赖独立松弛、蠕变或频域试验，测试周期长，且对薄层透明胶材料实施难度较大；其二，现有拟合多针对单一载荷方式或单一应变率数据，难以兼顾oca在宽应变率范围内的拉伸与压缩响应；其三，识别出的参数常缺少独立工况验证，导致模型虽能回归训练数据，但对真实冲击工况的预测能力不足。

3、因此，亟需提出一种不依赖独立应力松弛实验、能够利用宽应变率单轴拉伸与高应变率压缩实验数据完成联合参数识别，并通过独立落球冲击实验验证模型精度的oca材料超黏弹性本构参数识别及验证方法。

技术实现思路

1、针对上述背景技术中存在的oca材料本构参数识别方法对独立松弛实验依赖强、参数耦合明显、在冲击工况下预测能力不足的问题，本发明提出了一种基于宽应变率拉伸-压缩试验的oca材料超黏弹性本构参数识别及冲击验证方法。

2、为解决上述技术问题，本发明提供的一种oca材料超黏弹性本构参数识别与验证方法，其包括以下步骤：

3、（1）获取oca材料在0.01–1000s-1应变率范围内的单轴拉伸实验数据，以及1000s-1条件下的霍普金森杆压缩实验数据；

4、（2）建立所述oca材料的超黏弹性本构模型，所述超黏弹性本构模型包括超弹性参数和黏弹性参数，共同作为待识别参数进行联合反演识别；

5、（3）将所述单轴拉伸实验数据和霍普金森杆压缩实验数据统一转换为拉伸比—真实应力数据，并基于实验真实应力与所述超黏弹性本构模型预测真实应力构建平方误差和的目标函数；

6、（4）以所述超弹性参数和黏弹性参数作为待识别参数，在参数上下界约束和非线性等式约束条件下，采用matlab的fmincon优化函数中的内点法算法对时间无关模量参数、超弹性参数及弛豫时间参数拟合，得到oca材料的超黏弹性参数集；

7、（5）将所述步骤（4）识别得到的所述oca材料超黏弹性参数集输入薄膜落球冲击有限元模型中，对不同跌落高度下的薄膜落球冲击过程进行仿真，将仿真结果与对应跌落高度下的对应薄膜落球冲击实验结果进行对比，以验证所述超黏弹性本构模型的有效性。

8、作为本发明的一种优选方案，所述步骤（2）中的超黏弹性本构模型满足：

9、；

10、上式中，是历史时间变量，是松弛函数，具体为：

11、；

12、上式中，是无量纲的弛豫模量；是无量纲的弛豫时间；是无量纲的时间无关模量，满足：

13、；

14、是平衡态超弹性响应，具体为：

15、；

16、上式中，是伸长比，和是超弹性本构参数。

17、作为本发明的一种优选方案：所述步骤（2）中的联合反演识别是基于所述单轴拉伸实验数据和霍普金森杆压缩实验数据，对参数、、、和同时进行拟合识别。

18、作为本发明的一种优选方案，所述对参数、、、和同时进行拟合识别的过程中施加如下约束条件：，，，且。

19、作为本发明的一种优选方案，所述联合反演识别采用同时考虑不同应变率拉伸曲线误差和高应变率压缩曲线误差的目标函数；

20、所述目标函数为：

21、；

22、上式中，m为实验工况总数，为m组实验工况的数据点个数，为第m组实验工况第k个数据点对应的实验真实应力，为第m组实验工况第k个数据点对应的超黏弹性本构模型计算的真实应力。

23、作为本发明的一种优选方案：所述步骤（1）中的单轴拉伸实验需包括0.01s-1、0.1s-1、1s-1、10s-1、100s-1和1000s-1应变率条件。

24、作为本发明的一种优选方案：所述步骤（1）中的霍普金森杆压缩实验数据具体指oca材料在1000s-1应变率压缩载荷下的应力-应变响应。

25、作为本发明的一种优选方案，所述步骤（5）的具体过程为：

26、（5.1）采用lsdyna建立的落球冲击四分之一薄膜落球冲击有限元模型，单元类型为是solid八节点单元；模型几何尺寸与实际试验一致，取底部支座为固定端，四分之一对称面施加对称约束，落球与薄膜之间采用面面侵蚀接触，薄膜各层间采用共节点接触；

27、（5.2）采用不同落球高度进行薄膜冲击实验，记录试样力-时间曲线；将试样力-时间曲线实验曲线与不同跌落高度下的薄膜落球冲击过程进行仿真的仿真曲线进行对比，评价指标至少包括峰值力误差或冲击作用时间误差；

28、（5.3）当前述峰值力误差或冲击作用时间误差小于预设阈值时，认为所识别的oca超黏弹性参数集能够有效表征材料在目标工况下的力学响应。

29、作为本发明的一种优选方案：所述薄膜落球冲击过程通过获取试样力-时间曲线，并以峰值力误差或冲击作用时间误差中的至少一种作为评价指标。

30、作为本发明的一种优选方案：所述oca材料为丙烯酸类oca、有机硅类oca或其改性材料。

31、作为本发明的一种优选方案：所述验证方法基于oca材料超黏弹性本构参数识别与验证系统，所述识别与验证系统包括数据获取模块、模型建立模块、参数优化模块和验证模块；所述数据获取模块用于获取oca材料在宽应变率范围内的单轴拉伸实验数据和高应变率压缩实验数据；所述模型建立模块用于建立oca材料的超黏弹性本构模型；所述参数优化模块用于对超弹性参数和黏弹性参数进行联合非线性优化识别；所述验证模块用于将识别参数输入落球冲击数值模型并与实验结果对比，以完成模型验证。

32、采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

33、本发明oca材料超黏弹性本构参数识别与验证方法构思合理，通过宽应变率单轴拉伸实验与高应变率压缩实验相结合，能够同时表征oca材料在拉伸和压缩两类载荷模式下的速率相关响应，提高参数识别的全面性；本发明无需独立开展应力松弛试验或蠕变试验，能够缩短试验周期，降低薄层oca材料测试难度；本发明通过将超弹性参数与黏弹性参数纳入同一目标函数中进行联合优化识别，能够降低分步拟合带来的误差累积，提高参数识别精度；本发明进一步采用独立的薄膜落球冲击实验对识别结果进行验证，能够提升本构参数在实际冲击工况中的预测可信度；本发明适用于柔性显示、光学贴合及电子封装等涉及oca薄层材料的结构分析与可靠性评估。

1.一种oca材料超黏弹性本构参数识别与验证方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的oca材料超黏弹性本构参数识别与验证方法，其特征在于，所述步骤（2）中的超黏弹性本构模型满足：

3.如权利要求2所述的oca材料超黏弹性本构参数识别与验证方法，其特征在于：所述步骤（2）中的联合反演识别是基于所述单轴拉伸实验数据和霍普金森杆压缩实验数据，对参数、、、和同时进行拟合识别。

4.如权利要求3所述的oca材料超黏弹性本构参数识别与验证方法，其特征在于，所述对参数、、、和同时进行拟合识别的过程中施加如下约束条件：，，，且。

5.如权利要求1所述的oca材料超黏弹性本构参数识别与验证方法，其特征在于，所述联合反演识别采用同时考虑不同应变率拉伸曲线误差和高应变率压缩曲线误差的目标函数；

6.如权利要求1所述的oca材料超黏弹性本构参数识别与验证方法，其特征在于：所述步骤（1）中的单轴拉伸实验需包括0.01s-1、0.1s-1、1s-1、10s-1、100s-1和1000s-1应变率条件。

7.如权利要求1所述的oca材料超黏弹性本构参数识别与验证方法，其特征在于：所述步骤（1）中的霍普金森杆压缩实验数据具体指oca材料在1000s-1应变率压缩载荷下的应力-应变响应。

8.如权利要求1所述的一种oca材料超黏弹性本构参数识别与验证方法，其特征在于，所述步骤（5）的具体过程为：

9.如权利要求1所述的oca材料超黏弹性本构参数识别与验证方法，其特征在于：所述薄膜落球冲击过程通过获取试样力-时间曲线，并以峰值力误差或冲击作用时间误差中的至少一种作为评价指标。

10.如权利要求1所述的oca材料超黏弹性本构参数识别与验证方法，其特征在于：所述oca材料为丙烯酸类oca、有机硅类oca或其改性材料。

11.如权利要求1所述的oca材料超黏弹性本构参数识别与验证方法，其特征在于：所述验证方法基于oca材料超黏弹性本构参数识别与验证系统，所述识别与验证系统包括数据获取模块、模型建立模块、参数优化模块和验证模块；