蠕變分析的案例
基于ANSYS Workbench蠕變分析的設(shè)置方法 ￥19.89
基于ANSYS Workbench蠕變分析的設(shè)置方法
蠕變分析是指材料相關(guān)的一種屬性，指率相關(guān)性的一種屬性，即隨著是時(shí)間的變化，其靜態(tài)保持的應(yīng)力或者應(yīng)變會(huì)發(fā)生變化
其基本原理如下
1.為將材料的率相關(guān)性打開(kāi)
RATE,ON !
Abaqus蠕變分析（step by step）
事實(shí)上蠕變是非常復(fù)雜的，這里僅給出了abaqus中的簡(jiǎn)單流程，足以解決常規(guī)工程問(wèn)題。
為了簡(jiǎn)化塑料結(jié)構(gòu)蠕變問(wèn)題的計(jì)算(如降低蠕變應(yīng)變與其他非彈性應(yīng)變的耦合程度)，可以將該分析問(wèn)題分成一個(gè)靜態(tài)加載的過(guò)程，然后再進(jìn)行蠕變過(guò)程的分析。
1.靜態(tài)加載過(guò)程的計(jì)算
靜態(tài)加載過(guò)程就是一與時(shí)間無(wú)關(guān)的加載過(guò)程，使用ABAQUS/Standard時(shí)主要是在中設(shè)置，如圖1所示。
2.蠕變過(guò)程的計(jì)算
在通過(guò)步驟1的靜態(tài)分析后，結(jié)構(gòu)中將產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)力場(chǎng)，接下來(lái)可以進(jìn)行蠕變過(guò)程的計(jì)算。蠕變過(guò)程的計(jì)算主要分為兩個(gè)過(guò)程：獲得該結(jié)構(gòu)材料的蠕變模型參數(shù)和建立蠕變分析步。
1) 獲得材料的蠕變模型參數(shù)
目前ABAQUS蠕變模型有三種，分別是Power-law model和Hyperbolic-sine law model。其中Power-law model有兩種形式為T(mén)ime hardening form和Strain hardening form。其中Time hardening form形式最為簡(jiǎn)單，對(duì)于簡(jiǎn)單的蠕變過(guò)程（如蠕變過(guò)程應(yīng)力變化范圍不太大）是比較適用的，式(1)為其微分形式：
由于圖2中表征的是蠕變應(yīng)變與時(shí)間和等效應(yīng)力的關(guān)系，故必須對(duì)公式(1)積分，積分結(jié)果見(jiàn)公式(2)：
表征材料蠕變特性的三個(gè)參數(shù)確定后，通過(guò)ABAQUS/CAE的添加材料的蠕變特性，如圖3所示：
2) 蠕變計(jì)算
由于蠕變是一個(gè)時(shí)間相關(guān)的過(guò)程，因此必須計(jì)入時(shí)間。同時(shí)蠕變又是一個(gè)慣性效應(yīng)不明顯的過(guò)程，即結(jié)構(gòu)的加速度效應(yīng)不用考慮。針對(duì)這些ABAQUS提供了專(zhuān)門(mén)針對(duì)這一類(lèi)型的分析步。
蠕變計(jì)算分析步設(shè)置在中完成，見(jiàn)圖4。
其中蠕變應(yīng)變的容差設(shè)置將影響增量步的大小，容差設(shè)的很小，增量步也將降低。
展開(kāi) Ansys Workbench蠕變分析
（圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)）
02
Ansys Workbench中蠕變分析設(shè)置
Ansys Workbench中進(jìn)行蠕變分析設(shè)置與普通靜力分析的主要區(qū)別就是材料本構(gòu)設(shè)置和分析步設(shè)置。
第一步：建立分析流程
第二步：設(shè)置材料蠕變屬性
Ansys Workbench中有多種蠕變本構(gòu)模型，如下圖中Creep目錄所示（具體的介紹可參考ansys幫助文檔）。
雙擊Creep下的某一蠕變本構(gòu)模型，在材料屬性欄會(huì)增加相應(yīng)的屬性參數(shù)輸入框。
abaqus蠕變分析例子 ￥2
對(duì)粘彈性材料試件進(jìn)行拉伸蠕變分析，得到試件的蠕變曲線
包括材料屬性，分析步設(shè)置及最后得到的蠕變曲線。
基于ANSYS經(jīng)典界面的受拉平板的蠕變分析
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(zhǎng)時(shí)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(duì)蠕變行為進(jìn)行仿真呢？本文給出一個(gè)例子，該例子十分簡(jiǎn)單，是對(duì)一個(gè)900度下的受拉平板做蠕變分析。
該例子來(lái)自于《ANSYS機(jī)械工程應(yīng)用精華50例》的第22個(gè)例子。【（第三版），高耀東，劉學(xué)杰主編，電子工業(yè)出版社，2011.】，本文主要對(duì)其加強(qiáng)了顯示部分和講解部分，以便用戶(hù)能更清晰地理解其分析過(guò)程。
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[問(wèn)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(zhǎng)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(wàn)秒后平板的位移情況。
【問(wèn)題分析】
此問(wèn)題屬于材料非線性的結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析。
模型十分簡(jiǎn)單，是薄板，平面應(yīng)力問(wèn)題，創(chuàng)建長(zhǎng)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(jìn)行比較，一種是有蠕變發(fā)生的，一種是沒(méi)有蠕變發(fā)生的。
【問(wèn)題求解】
1. 前處理
（1.1）創(chuàng)建單元類(lèi)型
/prep7
et,1,plane42
上述命令進(jìn)入到前處理器，并創(chuàng)建了單元類(lèi)型plane42,默認(rèn)是平面應(yīng)力問(wèn)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(gè)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(gè)矩形。
展開(kāi) 案例35-無(wú)鉛焊接凸點(diǎn)的彈塑性蠕變分析
該示例問(wèn)題是無(wú)鉛焊料凸點(diǎn)經(jīng)受循環(huán)熱負(fù)載的熱力學(xué)分析。
突出顯示了以下特性和功能：
• 使用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得隱式蠕變材料常數(shù)。
• 使用蠕變和塑性材料模型模擬粘塑性行為。
• 確定熱載荷引起的累積蠕變應(yīng)變
介紹
蠕變是一種速率相關(guān)的材料非線性，其中材料在恒定載荷下繼續(xù)變形。蠕變是由于長(zhǎng)期暴露在不超過(guò)材料屈服強(qiáng)度的高應(yīng)力水平下而發(fā)生的。長(zhǎng)期受熱的材料蠕變更嚴(yán)重。蠕變應(yīng)變率可以是應(yīng)力、時(shí)間、溫度和中子通量水平的函數(shù)。
在恒定載荷下，單軸應(yīng)變-時(shí)間蠕變行為如下圖所示：
在初級(jí)階段，應(yīng)變率隨著時(shí)間的推移而降低，這一階段往往發(fā)生在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)。第二階段表現(xiàn)出相關(guān)的恒定應(yīng)變。在第三階段，應(yīng)變速率迅速增加，直至失效（破裂）。通常，蠕變的初級(jí)和次級(jí)階段通常是最受關(guān)注的。
在靜態(tài)或瞬態(tài)結(jié)構(gòu)分析中，蠕變可以通過(guò)隱式蠕變模型來(lái)模擬。與其他蠕變方法相比，隱式蠕變是首選的，因?yàn)樗?jì)算速度更快、更準(zhǔn)確?？梢允褂貌煌碾[式蠕變材料模型模擬蠕變的初級(jí)和次級(jí)階段，如下表所示：
蠕變模型可以根據(jù)可用的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇。
倒裝芯片封裝所承受的溫度波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)的逐漸損壞。超過(guò)一定限度的損壞累積會(huì)導(dǎo)致電氣故障。此類(lèi)失效通常是所用材料之間熱膨脹失配的結(jié)果。失配導(dǎo)致復(fù)雜的變形行為，并與不可逆、溫度和應(yīng)變率或時(shí)間相關(guān)的非彈性特性有關(guān)，從而在焊點(diǎn)內(nèi)和周?chē)a(chǎn)生粘塑性變形。變形行為可以通過(guò)粘塑性材料模型來(lái)模擬，也可以通過(guò)與塑性材料一起使用的蠕變模型來(lái)模擬。
在電子工業(yè)中，熱機(jī)械分析的主要目標(biāo)是模擬焊點(diǎn)的應(yīng)力和應(yīng)變響應(yīng)，以更好地預(yù)測(cè)其使用可靠性。這里提出的問(wèn)題是使用蠕變和塑性材料模型對(duì)倒裝芯片封裝進(jìn)行熱力學(xué)分析。
展開(kāi) fe-safe蠕變疲勞分析
求fe-safe蠕變疲勞分析中文教程
蠕變視頻教學(xué)
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【7月25-28日 北京】壓力容器靜動(dòng)強(qiáng)度評(píng)定、疲勞斷裂計(jì)算、熱應(yīng)力高溫蠕變分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化與可靠性
Ansys workbench具有強(qiáng)大的建模和仿真分析技術(shù)，并且操作簡(jiǎn)單，易于掌握。為了讓廣大分析人員更好地掌握壓力容器的設(shè)計(jì)與計(jì)算技巧，弄清Ansys workbench壓力容器計(jì)算原理和操作技巧，特舉辦《壓力容器靜動(dòng)強(qiáng)度評(píng)定、疲勞與斷裂計(jì)算、熱應(yīng)力與高溫蠕變分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化與可靠性設(shè)計(jì)》高級(jí)培訓(xùn)。
本專(zhuān)題基于Ansys workbench平臺(tái)，立足ASME規(guī)范，同時(shí)兼顧GB-150和JB-4732壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)范，通過(guò)大量的理論和工程實(shí)例講解，使學(xué)員在較短時(shí)間內(nèi)掌握Ansys workbench的使用方法；掌握壓力容器強(qiáng)度、疲勞、斷裂、熱應(yīng)力和高溫蠕變的Ansys workbench計(jì)算原理與計(jì)算技巧，弄清壓力容器結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)、優(yōu)化設(shè)計(jì)與可靠性計(jì)算原理并掌握其計(jì)算技巧。本專(zhuān)題可為壓力容器的計(jì)算仿真提供有效、可靠和全面的數(shù)值解決方案和技術(shù)支撐。詳情請(qǐng)參見(jiàn)“內(nèi)容大綱”。
二、時(shí)間地點(diǎn)
時(shí)間：2019年7月25日-7月28日（第一天報(bào)到，授課3天）
地點(diǎn)：北京
三、主講專(zhuān)家
該課程講師，副教授，博士畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程力學(xué)專(zhuān)業(yè)，擅長(zhǎng)工程數(shù)值分析，14年仿真分析經(jīng)驗(yàn)；仿真領(lǐng)域涉及結(jié)構(gòu)靜、動(dòng)力計(jì)算，結(jié)構(gòu)疲勞、損傷與斷裂，計(jì)算流體力學(xué)，流固耦合及多物理場(chǎng)耦合數(shù)值模擬，轉(zhuǎn)子及多體動(dòng)力學(xué)，工程傳熱與熱應(yīng)力計(jì)算，爆炸與沖擊力學(xué)，Ansys二次開(kāi)發(fā)等。發(fā)表學(xué)術(shù)論文20余篇，其中SCI、EI收錄論文13篇，申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利2項(xiàng)。培訓(xùn)70多場(chǎng)次，學(xué)員上千人。
四、內(nèi)容大綱
五、報(bào)名費(fèi)用
標(biāo)準(zhǔn)費(fèi)用：3980元/人，食宿可統(tǒng)一安排，費(fèi)用自理。
展開(kāi) 蠕變疲勞分析背景
蠕變疲勞分析背景
長(zhǎng)期經(jīng)歷高溫狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)工作的結(jié)構(gòu)，其金屬材料力學(xué)性能受高溫影響很大。當(dāng)溫度超過(guò)金屬材料熔點(diǎn)的約0.5倍時(shí)（Kelvin），金屬材料受到持續(xù)應(yīng)力的作用，將會(huì)發(fā)生緩慢的塑性變形的現(xiàn)象，稱(chēng)為金屬蠕變。工程和冶金行業(yè)通常更關(guān)注于高應(yīng)力和高溫度下結(jié)構(gòu)的蠕變失效行為。
恒定溫度下，蠕變的單軸應(yīng)變與時(shí)間的關(guān)系一般可分為3個(gè)階段，如圖1.1所示。
第一階段：減速蠕變階段，應(yīng)變率隨時(shí)間減小，短時(shí)間內(nèi)完成。
第二階段：恒定蠕變階段，此階段蠕變應(yīng)變率隨加載時(shí)間的延續(xù)而保持恒定，具有常應(yīng)變率。
展開(kāi) 基于ansys渦輪盤(pán)蠕變及低周疲勞壽命可靠性分析方法
對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部件渦輪盤(pán)來(lái)說(shuō)，蠕變失效和疲勞失效是其兩種主要的失效模式：在循環(huán)工作條件下，蠕變損傷和疲勞損傷不斷累積，并且蠕變損傷和疲勞損傷存在交互作用。因此，蠕變一疲勞損傷分析就成為渦輪盤(pán)壽命預(yù)測(cè)的重要組成部分。此外，由于金屬材料在高溫和高應(yīng)力下存在明顯的蠕變變形，從而造成渦輪盤(pán)存在應(yīng)力松弛現(xiàn)象，是否考慮應(yīng)力松弛效應(yīng)的壽命預(yù)測(cè)可能導(dǎo)致相差幾倍甚至上百倍的差別
基于ansys渦輪盤(pán)蠕變及低周疲勞壽命可靠性分析方法.pdf
ansys蠕變資料分享（免費(fèi)）
ansys蠕變相關(guān)知識(shí)以及兩個(gè)實(shí)例，
ansys非線性分析-蠕變.pdf
矩形板蠕變實(shí)例.doc
螺栓蠕變分析實(shí)例.pdf
ABAQUS分析步的一些基本概念
在分析一個(gè)非線性問(wèn)題前，一般都要對(duì)最大增量步的數(shù)目、初始增量步、最大和最小增量步進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)定，來(lái)保證求解的順利進(jìn)行。這些參數(shù)的具體設(shè)置方法如下：
?。?）初始增量步：對(duì)于很容易收斂的問(wèn)題，一般設(shè)定為1即可；對(duì)于難以收斂的非線性問(wèn)題，需減小初始增量步，如將分析步時(shí)間乘以0.1或0.01(這個(gè)需根據(jù)問(wèn)題的具體情況決定)。
（2）最小增量步：一般采用默認(rèn)值(1e-5)，對(duì)于非常復(fù)雜的非線性問(wèn)題，可以再將其減小1到2個(gè)數(shù)量級(jí)。
（3）最大增量步：一般采用默認(rèn)值，因?yàn)樗鼘?duì)模型是否收斂并沒(méi)有影響。
（4）最大增量步數(shù)目：默認(rèn)為100，對(duì)于復(fù)雜的非線性分析，需要的增量步數(shù)往往大于100，所以應(yīng)當(dāng)把這些參數(shù)設(shè)置的盡量大一些。
在道路工程中常用的類(lèi)型有：
（1）耦合溫‐位移場(chǎng)分析（couple temp‐displacement）： 可用于瀝青道路結(jié)構(gòu)的車(chē)轍分析；
（2）動(dòng)態(tài)顯示分析（Dynamic， Explicit）： 可用于進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)在移動(dòng)荷載作用下的響應(yīng)分析；
（3）動(dòng)態(tài)顯示溫度位移場(chǎng)耦合分析（Dynamic， temp‐disp， Explicit）： 可用于進(jìn)行瀝青結(jié)構(gòu)在移動(dòng)荷載下的車(chē)轍分析；
（4）地應(yīng)力分析（Geostatic）： 進(jìn)行軟土地固結(jié)和滲流分析；
（5）靜態(tài)通用分析（static， General）： 一般的靜力分析；
（6）黏彈性和蠕變分析（Visco）： 可進(jìn)行瀝青混合料的蠕變分析。
展開(kāi) 關(guān)于蠕變疲勞分析
1、熱機(jī)械疲勞分析背景
?很多構(gòu)件長(zhǎng)期在高溫條件下運(yùn)轉(zhuǎn)。例如，航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的使用溫度高達(dá)1000℃，
?高溫對(duì)金屬材料的力學(xué)性能影響很大
?溫度和時(shí)間還影響金屬材料的斷裂形式
發(fā)電設(shè)備中的渦輪葉片
內(nèi)燃機(jī)部件
2、蠕變
當(dāng)溫度T >=( 0.3~0.5)Tm（Tm為熔點(diǎn)）時(shí)，金屬材料收到恒定載荷的持續(xù)作用，發(fā)生與時(shí)間相關(guān)的變形，稱(chēng)為蠕變。
【資料】ansys蠕變分析
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