ansys蠕變疲勞的案例
關于蠕變疲勞分析
1、熱機械疲勞分析背景
?很多構件長期在高溫條件下運轉。例如，航空發動機葉片的使用溫度高達1000℃，
?高溫對金屬材料的力學性能影響很大
?溫度和時間還影響金屬材料的斷裂形式
發電設備中的渦輪葉片
內燃機部件
2、蠕變
當溫度T >=( 0.3~0.5)Tm（Tm為熔點）時，金屬材料收到恒定載荷的持續作用，發生與時間相關的變形，稱為蠕變。
蠕變疲勞案例——壓力容器蠕變疲勞
1、蠕變與疲勞概念
金屬的蠕變和疲勞是兩個概念，蠕變指的是金屬在高于金屬熔點的0.3倍的環境下工作時候，即使受力的大小不變，其應變也會持續增大，直到最后斷裂。
具體分為三個階段：
①初始蠕變或過渡蠕變，應變隨時間延續而增加，但增加的速度逐漸減慢；
②穩態蠕變或定常蠕變，應變隨時間延續而勻速增加，這個階段較長；
③加速蠕變，應變隨時間延續而加速增加,直達破裂點。應力越大，蠕變的總時間越短；應力越小，蠕變的總時間越長。但是每種材料都有一個最小應力值，應力低于該值時不論經歷多長時間也不破裂，或者說蠕變時間無限長，這個應力值稱為該材料的長期強度。
然而大家所說的疲勞這兩個字，指的則是熱應力（熱機）的疲勞，以及溫度在其中的影響。通常情況下，蠕變和熱機疲勞往往會同時發生。因此需要將兩種損傷模型（蠕變和熱機疲勞）放在一起進行計算。當然Ncode中以損傷線性累計的形式進行。如圖3和圖4所示的就是熱機疲勞需要的內容，熱應力以及多溫度的SN（EN）曲線。
2、蠕變計算理論與材料
我想大家已經知道了熱應力疲勞的相關計算理論，它和應力疲勞理論相差無幾。所以我重點強調一下熱蠕變的相關計算理論。
如圖所示的是Larson-Miller的蠕變模型，現在就這個模型進行講解。我們知道，蠕變極限時間是我們想要知道的一個變量，然而這個變量和應力水平和溫度是相關的，當然材料類型也一定是相關的，但是我們討論的時候都是針對某種特定的材料去討論的。在這個模型中，C是一個材料相關的常數，他一般在20左右。T是工作溫度，tr是極限蠕變時間。左邊的是P參數。大家一定要注意，按照常理來講，我們現在還差一個應力水平這個變量，那么P參數一定是一個和應力相關的量。
展開 基于ansys渦輪盤蠕變及低周疲勞壽命可靠性分析方法
對于航空發動機高溫部件渦輪盤來說，蠕變失效和疲勞失效是其兩種主要的失效模式：在循環工作條件下，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壽命預測的重要組成部分。此外，由于金屬材料在高溫和高應力下存在明顯的蠕變變形，從而造成渦輪盤存在應力松弛現象，是否考慮應力松弛效應的壽命預測可能導致相差幾倍甚至上百倍的差別
基于ansys渦輪盤蠕變及低周疲勞壽命可靠性分析方法.pdf
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蠕變疲勞分析背景
蠕變疲勞分析背景
長期經歷高溫狀態下運轉工作的結構，其金屬材料力學性能受高溫影響很大。當溫度超過金屬材料熔點的約0.5倍時（Kelvin），金屬材料受到持續應力的作用，將會發生緩慢的塑性變形的現象，稱為金屬蠕變。工程和冶金行業通常更關注于高應力和高溫度下結構的蠕變失效行為。
恒定溫度下，蠕變的單軸應變與時間的關系一般可分為3個階段，如圖1.1所示。
第一階段：減速蠕變階段，應變率隨時間減小，短時間內完成。
第二階段：恒定蠕變階段，此階段蠕變應變率隨加載時間的延續而保持恒定，具有常應變率。
展開 熱機蠕變疲勞創建
熱機蠕變疲勞創建
1、搭建nCode DesignLife求解分析模塊工程項目連接，考慮熱與結構分析結果引入，同時可以考慮其他相應的結構載荷，如圖2.1所示。
圖2.1
2、同時修訂DesignLife疲勞分析環境，如圖2.2所示。
圖2.2
3、對于SN或者EN求解引擎，需要配置“FEResultsImport?ResultsSet”細節設置“IncludeTemperatures”為True，熱機蠕變疲勞考慮溫度影響，如圖2.3所示。
圖2.3
4、對于同時考慮熱機蠕變疲勞以及應力或者應變疲勞分析的疲勞計算流程，需要基于SN或者EN疲勞引擎內部二次搭建蠕變疲勞求解引擎，同時允許對于應力或者應變、蠕變損傷分別監測，如圖2.1中DataValue Display Glyph。
5、如前所訴，在應力或者應變疲勞導航樹下需要添加熱機蠕變疲勞所對應的材料、載荷通道、求解引擎、計算處理輸出等子項并進行子項菜單配置。
展開 【CAE案例】化石燃料發電廠歧管的疲勞蠕變損傷分析
圖4 冷沖擊結束后的溫度場（℃）
圖5 冷沖擊結束后的應力分布
使用IMPR_TABLE功能以表格的形式輸出關鍵部位上的累積塑性形變結果，將兩種設計的歧管的累積塑性形變進行對比，降溫瞬態下的塑性變形結果如圖6所示，與原本設計相比，壁厚更薄的歧管疲勞損傷更小，厚度減少20%的設計，其使用壽命增加約43%，疲勞損傷計算結果見表1。在以后的計算中將考慮包括蠕變造成的損害。為此，將之前計算的結果用于所研究的兩種設計，以確定蠕變損傷情況。最終使用疲勞-蠕變相互作用的非線性模型可以在一定的可信度下評估歧管受到該典型負載時的壽命。
圖6 減溫循環期間在塑性最大應力的高斯積分點處累積塑性變形（%）
表1 疲勞損傷計算(Manson-Coffin曲線)
04 總結
在通用結構仿真軟件中使用VISC_CIN2_CHAB定義的新粘彈塑性行為模型可對部件機械疲勞與蠕變行為進行模擬，從而對其壽命進行預測，為將來重要部件的設計與日常維護提供了新方法。本次模擬結果表明可以通過降低歧管壁厚的方法降低因冷沖擊帶來的機械疲勞現象。
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展開 汽輪機轉子蠕變_疲勞耦合壽命精細分析與傳統方法的比較
汽輪機轉子蠕變_疲勞耦合壽命精細分析與傳統方法的比較<BR><Font color=#FF0000><B>.PS.:</B>該帖附件于2006-09-30 15:12:52被誠摯評為3星級，為發貼者加分60。</Font><BR><Font color=#FF0000><B>點評:</B></Font>
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Ansys Workbench蠕變分析
（圖片來源于網絡）
02
Ansys Workbench中蠕變分析設置
Ansys Workbench中進行蠕變分析設置與普通靜力分析的主要區別就是材料本構設置和分析步設置。
第一步：建立分析流程
第二步：設置材料蠕變屬性
Ansys Workbench中有多種蠕變本構模型，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下的某一蠕變本構模型，在材料屬性欄會增加相應的屬性參數輸入框。
【資料】ansys蠕變分析
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【7月25-28日 北京】壓力容器靜動強度評定、疲勞斷裂計算、熱應力高溫蠕變分析、結構優化與可靠性
一、背景
Ansys 軟件因其領先的“虛擬樣機”理念和技術、強大的功能和便捷的操作，迅速發展成為CAE領域中使用范圍最廣、應用行業最多的數值仿真工具。ASME標準明確規定采用Ansys進行壓力容器計算和驗算。
Ansys workbench具有強大的建模和仿真分析技術，并且操作簡單，易于掌握。為了讓廣大分析人員更好地掌握壓力容器的設計與計算技巧，弄清Ansys workbench壓力容器計算原理和操作技巧，特舉辦《壓力容器靜動強度評定、疲勞與斷裂計算、熱應力與高溫蠕變分析、結構優化與可靠性設計》高級培訓。
本專題基于Ansys workbench平臺，立足ASME規范，同時兼顧GB-150和JB-4732壓力容器設計規范，通過大量的理論和工程實例講解，使學員在較短時間內掌握Ansys workbench的使用方法；掌握壓力容器強度、疲勞、斷裂、熱應力和高溫蠕變的Ansys workbench計算原理與計算技巧，弄清壓力容器結構動力學響應、優化設計與可靠性計算原理并掌握其計算技巧。本專題可為壓力容器的計算仿真提供有效、可靠和全面的數值解決方案和技術支撐。詳情請參見“內容大綱”。
二、時間地點
時間：2019年7月25日-7月28日（第一天報到，授課3天）
地點：北京
三、主講專家
該課程講師，副教授，博士畢業于哈爾濱工業大學工程力學專業，擅長工程數值分析，14年仿真分析經驗；仿真領域涉及結構靜、動力計算，結構疲勞、損傷與斷裂，計算流體力學，流固耦合及多物理場耦合數值模擬，轉子及多體動力學，工程傳熱與熱應力計算，爆炸與沖擊力學，Ansys二次開發等。發表學術論文20余篇，其中SCI、EI收錄論文13篇，申請發明專利2項。培訓70多場次，學員上千人。
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ansys蠕變資料分享（免費）
ansys蠕變相關知識以及兩個實例，
ansys非線性分析-蠕變.pdf
矩形板蠕變實例.doc
螺栓蠕變分析實例.pdf
基于ANSYS Workbench蠕變分析的設置方法 ￥19.89
基于ANSYS Workbench蠕變分析的設置方法
蠕變分析是指材料相關的一種屬性，指率相關性的一種屬性，即隨著是時間的變化，其靜態保持的應力或者應變會發生變化
其基本原理如下
1.為將材料的率相關性打開
RATE,ON !
基于ANSYS經典界面的受拉平板的蠕變分析
大多數金屬在高溫下都表現出蠕變行為。
所謂蠕變，是指材料在長時間的恒溫、恒定載荷作用下，持續發生塑性變形的行為。
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。
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[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構靜力學分析。
模型十分簡單，是薄板，平面應力問題，創建長方體后劃分網格即可以得到有限元模型.
材料模型：要定義蠕變參數。
用兩種方式進行比較，一種是有蠕變發生的，一種是沒有蠕變發生的。
【問題求解】
1. 前處理
（1.1）創建單元類型
/prep7
et,1,plane42
上述命令進入到前處理器，并創建了單元類型plane42,默認是平面應力問題。
（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。
（1.3）創建幾何模型
rect,1,100,0,30
上述命令繪制一個矩形。
展開 ANSYS的疲勞分析-基于S-N曲線的疲勞計
/prep7
et,1,plane42
MPTEMP,1,0
mpdata,ex,1,,2e8
mpdata,prxy,1,,0.3
rectng,0,200,0,100,
cyl4,100,50,25
asba,1,2
smrtsize,3
amesh,all
finish
/solv
nsel,s,loc,x,0
d,all,,,,,,ux
d,1,,,,,,uy
sfl,2,pres,0,31
allsel,all
solve
finish
4 S-N曲線
疲勞分析是在計算結果之上進行再次計算，其實這個過程也可以人為計算而不需要在軟件里面實現。直接查詢校核點的應力，算出應力幅值，再根據材料的S-N曲線，插值即可得到需用的循環次數，通過與實際循環次數對比，便能計算疲勞使用系數，也即累計損傷系數。
本次通過軟件，通過賦予材料S-N疲勞屬性，指定各種參數，直接得出累計損傷系數。
ANSYS在定義這些參數的過程中，有幾個關鍵命令：FP，FL，FS，FSNODE，FE，FTCALC。
查詢ANSYS幫助文檔，如下。
圖2 FP
根據疲勞曲線輸入S－N數據
STITM： ANSYS可以定義62個，取值1~20為循環次數，21~40為對應的應力幅度，41~50為溫度，51~60為平均應力，61和62為彈塑性材料參數。
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