大多數(shù)金屬在高溫下都表現(xiàn)出蠕變行為。

所謂蠕變，是指材料在長時間的恒溫、恒定載荷作用下，持續(xù)發(fā)生塑性變形的行為。

那么如何對蠕變行為進行仿真呢？本文給出一個例子，該例子十分簡單，是對一個900度下的受拉平板做蠕變分析。

該例子來自于《ANSYS機械工程應(yīng)用精華50例》的第22個例子。【（第三版），高耀東，劉學杰主編，電子工業(yè)出版社，2011.】，本文主要對其加強了顯示部分和講解部分，以便用戶能更清晰地理解其分析過程。

================================================================

[問題描述]

一矩形平板，左端固定，右端作用有恒定壓力P=100MPa，平板長100mm，高30mm，材料的彈性模量是2e5MPa,泊松比是0.3，

蠕變方程是：，要分析在900度下，10萬秒后平板的位移情況。

【問題分析】

• 此問題屬于材料非線性的結(jié)構(gòu)靜力學分析。

• 模型十分簡單，是薄板，平面應(yīng)力問題，創(chuàng)建長方體后劃分網(wǎng)格即可以得到有限元模型.

• 材料模型：要定義蠕變參數(shù)。

• 用兩種方式進行比較，一種是有蠕變發(fā)生的，一種是沒有蠕變發(fā)生的。

【問題求解】

1. 前處理

（1.1）創(chuàng)建單元類型

/prep7 
et,1,plane42

上述命令進入到前處理器，并創(chuàng)建了單元類型plane42,默認是平面應(yīng)力問題。

（1.2）定義材料模型

mp,ex,1,2e5
mp,prxy,1,0.3

tb,creep,1 
tbdata,1,5e-23,7

上述命令首先定義了材料的彈性模量與泊松比，然后定義了蠕變模型，并給定了兩個系數(shù)。

（1.3）創(chuàng)建幾何模型

rect,1,100,0,30

上述命令繪制一個矩形。命令執(zhí)行完畢后主窗口顯示如下：

（1.4）劃分網(wǎng)格

lesize,1,,,10  
lesize,2,,,3
mshape,0
mshkey,1
amesh,all  
fini

上述命令分別對矩形的兩個對邊指定了3,10的網(wǎng)格劃分份數(shù)，然后進行了映射網(wǎng)格劃分，結(jié)果如下

2. 求解

（2.1）設(shè)置邊界條件

/solu  
dl,4,,all  
sfl,2,pres,-100

上述命令固定了左邊，然后對右邊施加了均布拉力。結(jié)果如下圖

（2.2）進行求解設(shè)置

tunif,900  
time,100000
kbc,1  
nsubst,1000
outres,all,all

上述命令設(shè)定溫度為900讀，并設(shè)置計算時間為10萬秒，計算步數(shù)為1000步，并設(shè)定了輸出選項。

（2.3）求解

solve  
fini

上述命令開始計算。計算過程如下

3. 后處理

（3.1）定義變量

/POST26
*SET,n1,node(100,30,0) 
nsol,2,n1,u,x

上述命令進入到時間歷程后處理器，然后找到了一個節(jié)點，其位置在（100,30）處，就是下圖位置處的節(jié)點

（3.2）繪制位移變化曲線

plvar,2

上述命令繪制該節(jié)點的X位移隨時間變化的規(guī)律。

可見，該節(jié)點的位移隨著時間均勻增加，在10萬秒時該節(jié)點的位移大致是0.096mm。

4. 討論

我們下面對比一下，有沒有發(fā)生蠕變到底對于位移有多大影響？

為了達到上述目的，我們只需要對上述建模仿真命令流中去掉蠕變項即可。

為此整理上述命令流，去掉蠕變相關(guān)項，仍舊仿真10萬秒，則命令流如下：

/clear

/prep7 
et,1,plane42
mp,ex,1,2e5
mp,prxy,1,0.3

!tb,creep,1 
!tbdata,1,5e-23,7

rect,1,100,0,30
lesize,1,,,10  
lesize,2,,,3
mshape,0
mshkey,1
amesh,all  
fini

/solu  
dl,4,,all  
sfl,2,pres,-100
tunif,900  
time,100000
kbc,1  
nsubst,1000
outres,all,all 
solve  
fini

/post1 
FINISH 
/POST26
*SET,n1,node(100,30,0) 
nsol,2,n1,u,x
plvar,2

上述命令運行完畢后，繪制的該點的位移-時間曲線如下

可見，時間并沒有改變其位移，就是說，位移并不會隨著時間的變化而變化。

那么該值是多少呢？

查看該變量的值，結(jié)果如下

可見，其大小是0.049mm.

而發(fā)生蠕變后，其最終大小是0.096mm。

5. 結(jié)論

蠕變的結(jié)果，使得結(jié)構(gòu)的位移會隨著時間持續(xù)增加（針對恒定載荷的情況）；而一般的線彈性分析則會保持位移的恒定（這并不意味著這種分析不需要時間，只是時間對它的影響可以忽略不計）。

蠕變分析因為增加了蠕變導致的塑性變形，從而使得其最終位移要大于同樣邊界條件下的靜力學分析的位移。

按照蠕變公式，只要時間增加，位移會一直增加下去。這與線彈性分析是不一樣的。線彈性分析的位移只與外力有關(guān)，外力恒定，則無論時間如何增加，位移都不變；但是蠕變卻會隨著時間的增加，變形一直增加。

來源：宋博士的博客（http://blog.sina.com.cn/s/blog_9e19c10b0102wph8.html）