蠕變模型的案例
案例35-無鉛焊接凸點(diǎn)的彈塑性蠕變分析
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，蠕變可以通過隱式蠕變模型來模擬。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。可以使用不同的隱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。超過一定限度的損壞累積會(huì)導(dǎo)致電氣故障。此類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)和周圍產(chǎn)生粘塑性變形。變形行為可以通過粘塑性材料模型來模擬，也可以通過與塑性材料一起使用的蠕變模型來模擬。
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。
由于鉛的有害健康影響迫使電子制造商減少在焊料中使用有毒重金屬（包括鉛），隨著替代鉛基焊料的可靠替代焊料的探索，焊點(diǎn)的熱機(jī)械分析變得越來越重要。
展開 基于UMAT的蠕變變形仿真
在此之前，我們需要先了解蠕變曲線的一般規(guī)律：
蠕變曲線和模型
常見的蠕變曲線形式如下，可以看出它包含三個(gè)主要階段：
（1） 初始蠕變：在很短時(shí)間內(nèi)，就會(huì)出現(xiàn)一定的變形，可以理解成“磨合期”；
（2） 穩(wěn)態(tài)蠕變：在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，蠕變緩慢進(jìn)行，變形幅度很低，可以理解成正常“服役期“；
（3） 加速蠕變：這個(gè)一般發(fā)生在材料“臨死”前，變形短時(shí)間內(nèi)飛快增加，性能快速下降。
蠕變曲線
很多時(shí)候，大部分的理論模型都無法同時(shí)描述出這三個(gè)階段，只有唯象學(xué)模型有這個(gè)能力，因?yàn)閿M合出來的純數(shù)學(xué)模型可以完美匹配這個(gè)曲線，常用的模型就是θ-Projection蠕變模型：
這個(gè)模型最牛的是，還原度極高，只要應(yīng)力、溫度等工況和試驗(yàn)完全一致，那么它就能百分之百在仿真里面還原出來。
但是還是那句話，越容易練成的武功，副作用越大。大部分情況下，結(jié)構(gòu)的受力、溫度分布是不一樣的，就不能用一個(gè)蠕變模型去預(yù)測(cè)所有單元。
為了解決這個(gè)問題，有學(xué)者提出改進(jìn)的擬合模型：
模型中的各參數(shù)和溫度、應(yīng)力進(jìn)行關(guān)聯(lián)：
這個(gè)模型，不包含初始蠕變，更適合用來描述穩(wěn)態(tài)和加速段的蠕變：
UMAT子程序
根據(jù)前面的介紹我們知道，蠕變兼具了疲勞和屈服的一些特點(diǎn)。同樣地，在編寫子程序的時(shí)候，也是在兩者基礎(chǔ)上更容易實(shí)現(xiàn)。
首先是應(yīng)變的處理。借鑒彈塑性的編寫經(jīng)驗(yàn)，蠕變應(yīng)變和塑性應(yīng)變類似，也屬于非機(jī)械應(yīng)變，并不參與應(yīng)力的增長(zhǎng)。
更關(guān)鍵的是，在編寫彈塑性程序的時(shí)候，就會(huì)接觸到“流動(dòng)方向”這個(gè)概念，它主要解決的是三維模型中，等效應(yīng)變?nèi)绾畏峙涞礁鱾€(gè)方向的問題。因?yàn)楸緲?gòu)關(guān)系需要通過矩陣來運(yùn)算，應(yīng)變列向量有各個(gè)方向的應(yīng)變，一個(gè)等效應(yīng)變值，必須分配到每個(gè)方向上才行。
然后是載荷與分析步的處理。
展開 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)工程問題。
為了簡(jiǎn)化塑料結(jié)構(gòu)蠕變問題的計(jì)算(如降低蠕變應(yīng)變與其他非彈性應(yīng)變的耦合程度)，可以將該分析問題分成一個(gè)靜態(tài)加載的過程，然后再進(jìn)行蠕變過程的分析。
1.靜態(tài)加載過程的計(jì)算
靜態(tài)加載過程就是一與時(shí)間無關(guān)的加載過程，使用ABAQUS/Standard時(shí)主要是在中設(shè)置，如圖1所示。
2.蠕變過程的計(jì)算
在通過步驟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)，接下來可以進(jìn)行蠕變過程的計(jì)算。蠕變過程的計(jì)算主要分為兩個(gè)過程：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Time hardening form和Strain hardening form。其中Time hardening form形式最為簡(jiǎn)單，對(duì)于簡(jiǎn)單的蠕變過程（如蠕變過程應(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)果見公式(2)：
表征材料蠕變特性的三個(gè)參數(shù)確定后，通過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提供了專門針對(duì)這一類型的分析步。
蠕變計(jì)算分析步設(shè)置在中完成，見圖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 基于ABAQUS蠕變儲(chǔ)層稠油蒸汽吞吐開發(fā)過程數(shù)值模擬
本例使用沒有中間主應(yīng)力效應(yīng)的Drucker-Prager模型的線性形式，因此流應(yīng)比，即三軸拉伸強(qiáng)度與三軸壓縮強(qiáng)度之比k=1；該模型假設(shè)為流動(dòng)法則非關(guān)聯(lián)，即在式（1）塑性本鉤矩陣中屈服面、加載面（后續(xù)加載面）與塑性勢(shì)面不同，即材料剛度矩陣不對(duì)稱，因此，使用非對(duì)稱矩陣存儲(chǔ)和非對(duì)稱求解器解可以顯著改善該非線性解的收斂性；硬化/軟化行為是Drucker-Prager塑性材料定義的擴(kuò)展，其數(shù)據(jù)列于表1中。因?yàn)檫@些層位遠(yuǎn)離頻繁加載，所以可不考慮蠕變。
式（1）
表1 地表土層與泥巖層Drucker-Prager模型參數(shù)
蠕變特性顯著的中間層
D1到D7使用改進(jìn)的Drucker-Prager Cap塑性模型模擬，材料屬性數(shù)據(jù)列于表2中。因其考慮蠕變，因此須k=1.0，且剪切破壞面與蓋帽間不可有過渡區(qū)域（即0）；硬化/軟化行為通過屈服應(yīng)力與體積應(yīng)變的關(guān)系曲線定義，數(shù)據(jù)列于表2中；初始蓋帽屈服面的位置設(shè)定為0.02，如果應(yīng)力位于蓋表面之外，Abaqus會(huì)自動(dòng)調(diào)整蓋屈服面的位置。
表2 D1到D7層Drucker-Prager Cap模型參數(shù)
使用式（2）所示Singh-Mitchell蠕變模型對(duì)固結(jié)蠕變進(jìn)行模擬。 蠕變模型參數(shù)表3所示，其為溫度的函數(shù)，在cap creep model中指定，如圖3所示。
展開 
通過UMAT實(shí)現(xiàn)基于DP屈服準(zhǔn)則的改進(jìn)西原模型的三維粘彈塑性（蠕變）本構(gòu)模型
在巖石工程中，大量的失穩(wěn)現(xiàn)象都與巖石的蠕變特性相關(guān)。傳統(tǒng)西原模型是目前可以比較好地描述巖石蠕變過程曲線的元件模型，但是，西原模型使用的元件為黏彈、黏塑性元件（如圖1），難以描述巖石屈服破壞后進(jìn)入加速階段的蠕變變形。滑坡預(yù)報(bào)，特別是臨滑預(yù)報(bào)在地質(zhì)災(zāi)害防治領(lǐng)域具有重要意義。
通過編寫abaqus UMAT子程序，可得到如下結(jié)果：
（1）應(yīng)力狀態(tài)較小時(shí)，僅發(fā)生彈性應(yīng)變和粘彈性應(yīng)變，最后隨時(shí)間趨于穩(wěn)定值。
（2）單元屈服時(shí)，發(fā)生粘彈塑性應(yīng)變，應(yīng)變隨加載時(shí)長(zhǎng)逐漸增加，但尚未達(dá)到觸發(fā)應(yīng)變，曲線呈現(xiàn)兩階段特性。
（3）隨著加載時(shí)長(zhǎng)的增加，應(yīng)變進(jìn)一步增加，超越觸發(fā)應(yīng)變后，進(jìn)入快速蠕變階段，應(yīng)變快速增加，曲線呈現(xiàn)三階段蠕變特性。
參考文獻(xiàn)：
[1] 齊亞靜, 姜清輝, 王志儉, 等. 改進(jìn)西原模型的三維蠕變本構(gòu)方程及其參數(shù)辨識(shí)[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2012, 31(2): 347-355.
[2] 沈才華, 張兵, 王媛, 等. 基于DP屈服準(zhǔn)則的西原本構(gòu)模型及其運(yùn)用[J]. 地下空間與工程學(xué)報(bào), 2016, 12(2): 402-407.
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展開 基于晶體塑形模型（CPFE）的蠕變模擬 ￥600
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基于cpfe的蠕變模擬，多晶體晶粒的結(jié)構(gòu)，晶界采用的是cohesive單元
不同流道布置的平板式固體氧化物燃料電池蠕變損傷研究
目前對(duì)平板式 SOFC 不同的流道布置研究主要集中在電化學(xué)與熱應(yīng)力方面[14-16]，并沒有考慮流道布置對(duì)蠕變損傷的影響。因此，研究多場(chǎng)耦合作用下不同流道布置下的平板式 SOFC 溫度分布和蠕變損傷影響，闡明氣體流向?qū)ζ桨迨絊OFC 蠕變損傷的影響規(guī)律，對(duì)電池結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)有著重要意義。
本文首先通過 COMSOL Multiphysics 軟件建立電化學(xué)-物質(zhì)傳遞-氣體流動(dòng)-溫度多場(chǎng)耦合模型，得到了同流、逆流和交叉流道布置下平板式 SOFC 的不均勻溫度場(chǎng)分布。然后將多場(chǎng)耦合有限元模型得到的不均勻溫度場(chǎng)作為熱載荷施加至 ABAQUS 模型中，再基于延性耗竭模型，開發(fā)了 Wen-Tu 蠕變損傷子程序。最后建立了多場(chǎng)耦合綜合作用的三維平板式 SOFC 蠕變損傷模型，對(duì)三種不同流道平板式 SOFC 下的蠕變損傷進(jìn)行對(duì)比研究，為優(yōu)化平板式 SOFC 氣體流道布置提供理論和數(shù)據(jù)支持。
1 有限元模型及蠕變損傷計(jì)算
1.1 幾何模型
平板式 SOFC 單元通常由陽(yáng)極-電解質(zhì)-陰極層(Positive-electrolyte-negative，PEN)和金屬連接體構(gòu)成，連接體是帶有空氣和燃料流道的肋骨狀結(jié)構(gòu)，本文對(duì)多通道陽(yáng)極支撐平板式 SOFC 三種流向布置模型進(jìn)行了數(shù)值模擬，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1 所示。模型有效面積 9.25×9.25 mm2，氣體流道寬度和高度均為 0.5 mm，平板式 SOFC 使用材料和具體幾何參數(shù)如表 1 所示。
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2.結(jié)構(gòu)材料非線性
2.1屈服準(zhǔn)則 2.2流動(dòng)準(zhǔn)則
3.幾何非線性 4.非線性有限元控制方程
5.非線性有限元控制方程求解方法 6.載荷步/子步/平衡迭代步
7.收斂準(zhǔn)則
8.ANSYS WB非線性計(jì)算設(shè)置技巧
工程實(shí)例-1：螺栓連接鋼結(jié)構(gòu)梁柱構(gòu)件的彈塑性分析
工程實(shí)例-2：點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)彈塑性分析
工程實(shí)例-3：橡膠過盈安裝的裝配應(yīng)力分析
螺栓連接結(jié)構(gòu)的
蠕變分析
1.蠕變模型簡(jiǎn)介 2.蠕變曲線
3.顯式蠕變與隱式蠕變 4.常用蠕變模型
工程實(shí)例-1：U型夾緊支架的螺栓預(yù)緊蠕變松弛計(jì)算
考慮襯墊的螺栓
連接結(jié)構(gòu)計(jì)算
1.襯墊基本知識(shí) 2.墊片材料模型-Gasket模型
3.墊片幾何模型的網(wǎng)格劃分方法 4.材料屬性
5.墊片結(jié)果
工程實(shí)例-1：含墊片的法蘭螺栓連接結(jié)構(gòu)的有限元計(jì)算
螺栓、焊接連接結(jié)構(gòu)與過盈裝配結(jié)構(gòu)
熱應(yīng)力計(jì)算
1.工程熱應(yīng)力計(jì)算原理 2.穩(wěn)態(tài)熱應(yīng)力計(jì)算方法
3.穩(wěn)態(tài)熱應(yīng)力計(jì)算的ANSYS WB設(shè)置技巧4.瞬態(tài)熱應(yīng)力計(jì)算方法
5.瞬態(tài)熱應(yīng)力計(jì)算的ANSYS WB設(shè)置技巧6.焊接結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力計(jì)算方法
7.移動(dòng)熱源的模擬方法
8.焊接結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力與殘余應(yīng)變
工程實(shí)例-1：螺栓連接鋼結(jié)構(gòu)梁柱構(gòu)件的火災(zāi)分析
工程實(shí)例-2：激光焊接鋼板的溫度場(chǎng)與熱應(yīng)力計(jì)算
工程實(shí)例-3：焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力計(jì)算
工程實(shí)例-4：平板多道焊接殘余應(yīng)力有限元分析
工程實(shí)例-5：過盈配合輪軸熱應(yīng)力計(jì)算
展開 COMSOL Multiphysics的巖土力學(xué)模塊(Geomechanics Module)
在軟件安裝時(shí)可以選擇該模塊，其中提供的工具將結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊擴(kuò)展到巖土工程的定量研究，可以進(jìn)行巖石力學(xué)和土力學(xué)的單一物理場(chǎng)和多物理場(chǎng)模擬，如隧道，開挖，邊坡穩(wěn)定性及擋土結(jié)構(gòu)，可以使用許多非線性巖土力學(xué)材料模型來研究土和巖石的變形，塑性，蠕變和破壞，以及它們與樁，支撐結(jié)構(gòu)和其它人工結(jié)構(gòu)的相互作用。這個(gè)模塊包含了廣泛的材料模型：
(1) 土力學(xué)模型：Drucker-Prager；Mohr-Coulomb; Modified Cam-Clay model; Hardening Soil model. 為了與FLAC的本構(gòu)模型比較，可參考下述鏈接：
IMASS---FLAC3D和3DEC新的本構(gòu)模型(2)
FLAC2D---過去，現(xiàn)在和將來
FLAC3D 7.0 新特性簡(jiǎn)介(P3)---新的本構(gòu)模型
(2) 用戶自定義的塑性、流動(dòng)規(guī)則和硬化模型。
(3) 混凝土模型: Bresler-Pister; Ottosen; William–Warnke
Bresler and Pister對(duì)同時(shí)受到扭轉(zhuǎn)和軸向壓縮的混凝土圓柱體進(jìn)行了試驗(yàn)，從這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果中得出的斷裂準(zhǔn)則如下所示：
Ottosen模型如下所示:
(4) 脆性損傷模型(Brittle damage models)
(5) Hoek-Brown模型
(6) 蠕變模型 (Creep models)
(7) 預(yù)先定義和用戶定義的非線性彈性材料: Ramberg-Osgood, Hardin-Drnevich, Duncan-Chang等。
這些材料模型也可以耦合創(chuàng)建的任何新方程，并與其它物理場(chǎng), 如熱傳導(dǎo)、流體流動(dòng)和多孔介質(zhì)中的溶質(zhì)傳輸?shù)冗M(jìn)行耦合。
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2、結(jié)構(gòu)材料非線性
2.1屈服準(zhǔn)則
2.2流動(dòng)準(zhǔn)則
3、幾何非線性
4、非線性有限元控制方程
5、非線性有限元控制方程求解方法
6、載荷步/子步/平衡迭代步
7、收斂準(zhǔn)則
8、ANSYS WB非線性計(jì)算設(shè)置技巧
工程范例-1：螺栓連接鋼結(jié)構(gòu)梁柱構(gòu)件的彈塑性分析
工程范例-2：點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)彈塑性分析
工程范例-3：橡膠過盈安裝的裝配應(yīng)力分析
螺栓連接結(jié)構(gòu)的
蠕變分析
1、蠕變模型簡(jiǎn)介
2、蠕變曲線
3、顯式蠕變與隱式蠕變
4、常用蠕變模型
工程范例-1：U型夾緊支架的螺栓預(yù)緊蠕變松弛計(jì)算
考慮襯墊的螺栓連接
結(jié)構(gòu)計(jì)算
1、襯墊基本知識(shí)
2、墊片材料模型-Gasket模型
3、墊片幾何模型的網(wǎng)格劃分方法
4、材料屬性
5、墊片結(jié)果
工程范例-1：含墊片的法蘭螺栓連接結(jié)構(gòu)的有限元計(jì)算
螺栓與焊接連接結(jié)構(gòu)
熱應(yīng)力計(jì)算
1、工程熱應(yīng)力計(jì)算原理
2、穩(wěn)態(tài)熱應(yīng)力計(jì)算方法
3、穩(wěn)態(tài)熱應(yīng)力計(jì)算的ANSYS WB設(shè)置技巧
4、瞬態(tài)熱應(yīng)力計(jì)算方法
5、瞬態(tài)熱應(yīng)力計(jì)算的ANSYS WB設(shè)置技巧
6、焊接結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力計(jì)算方法
7、移動(dòng)熱源的模擬方法
8、焊接結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力與殘余應(yīng)變
工程范例-1：螺栓連接鋼結(jié)構(gòu)梁柱構(gòu)件的火災(zāi)分析
工程范例-2：激光焊接鋼板的溫度場(chǎng)與熱應(yīng)力計(jì)算
工程范例-3：焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力計(jì)算
螺栓
展開 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(gè)概念，蠕變指的是金屬在高于金屬熔點(diǎn)的0.3倍的環(huán)境下工作時(shí)候，即使受力的大小不變，其應(yīng)變也會(huì)持續(xù)增大，直到最后斷裂。
具體分為三個(gè)階段：
①初始蠕變或過渡蠕變，應(yīng)變隨時(shí)間延續(xù)而增加，但增加的速度逐漸減慢；
②穩(wěn)態(tài)蠕變或定常蠕變，應(yīng)變隨時(shí)間延續(xù)而勻速增加，這個(gè)階段較長(zhǎng)；
③加速蠕變，應(yīng)變隨時(shí)間延續(xù)而加速增加,直達(dá)破裂點(diǎn)。應(yīng)力越大，蠕變的總時(shí)間越短；應(yīng)力越小，蠕變的總時(shí)間越長(zhǎng)。但是每種材料都有一個(gè)最小應(yīng)力值，應(yīng)力低于該值時(shí)不論經(jīng)歷多長(zhǎng)時(shí)間也不破裂，或者說蠕變時(shí)間無限長(zhǎng)，這個(gè)應(yīng)力值稱為該材料的長(zhǎng)期強(qiáng)度。
然而大家所說的疲勞這兩個(gè)字，指的則是熱應(yīng)力（熱機(jī)）的疲勞，以及溫度在其中的影響。通常情況下，蠕變和熱機(jī)疲勞往往會(huì)同時(shí)發(fā)生。因此需要將兩種損傷模型（蠕變和熱機(jī)疲勞）放在一起進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)然Ncode中以損傷線性累計(jì)的形式進(jìn)行。如圖3和圖4所示的就是熱機(jī)疲勞需要的內(nèi)容，熱應(yīng)力以及多溫度的SN（EN）曲線。
2、蠕變計(jì)算理論與材料
我想大家已經(jīng)知道了熱應(yīng)力疲勞的相關(guān)計(jì)算理論，它和應(yīng)力疲勞理論相差無幾。所以我重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)一下熱蠕變的相關(guān)計(jì)算理論。
如圖所示的是Larson-Miller的蠕變模型，現(xiàn)在就這個(gè)模型進(jìn)行講解。我們知道，蠕變極限時(shí)間是我們想要知道的一個(gè)變量，然而這個(gè)變量和應(yīng)力水平和溫度是相關(guān)的，當(dāng)然材料類型也一定是相關(guān)的，但是我們討論的時(shí)候都是針對(duì)某種特定的材料去討論的。在這個(gè)模型中，C是一個(gè)材料相關(guān)的常數(shù)，他一般在20左右。T是工作溫度，tr是極限蠕變時(shí)間。左邊的是P參數(shù)。大家一定要注意，按照常理來講，我們現(xiàn)在還差一個(gè)應(yīng)力水平這個(gè)變量，那么P參數(shù)一定是一個(gè)和應(yīng)力相關(guān)的量。
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火電廠蒸汽節(jié)流閥的蠕變損耗計(jì)算及計(jì)算結(jié)果分析
然而隨著高強(qiáng)度的使用，機(jī)組中的蒸汽進(jìn)氣構(gòu)件可能會(huì)因此產(chǎn)生蠕變（Creep）損耗，帶來安全威脅。
蠕變（英語：Creep），也稱潛變，是在應(yīng)力影響下固體材料緩慢永久性的移動(dòng)或者變形的趨勢(shì)。它的發(fā)生是低于材料屈服強(qiáng)度的應(yīng)力長(zhǎng)時(shí)間作用的結(jié)果。當(dāng)材料長(zhǎng)時(shí)間處于加熱當(dāng)中或者在熔點(diǎn)附近時(shí)，蠕變會(huì)更加劇烈。蠕變常常隨著溫度升高而加劇。
例如在本次的算例中，在某電廠的節(jié)流閥因?yàn)殚L(zhǎng)期處在水蒸氣高溫高壓工作狀態(tài)，產(chǎn)生了一處50mm見方的沖蝕區(qū)域，產(chǎn)生了斷裂裂紋，危害生產(chǎn)安全。為研究蠕變損耗，可以利用code_aster來進(jìn)行建模分析。
因此為了保障生產(chǎn)安全并預(yù)估出更準(zhǔn)確的節(jié)流閥剩余壽命，我們需要對(duì)其進(jìn)行數(shù)值模擬研究。
02 研究方案
在該分析中我們的研究對(duì)象是長(zhǎng)期處于高溫高壓下的節(jié)流閥。具體研究流程如下圖所示：
首先，通過物理實(shí)驗(yàn)得出物性條件：
然后在物性條件的基礎(chǔ)上，通過使用Monkman Grant定理得到蠕變模型。code_aster可以將如上所得模型應(yīng)用到計(jì)算中。
展開 ANSYS 定義非線性材料的TB命令的解釋
ANSYS可以模擬蠕變模型、各向同性強(qiáng)化的蠕變、或符合von Mises準(zhǔn)則或Hill準(zhǔn)則的動(dòng)力學(xué)強(qiáng)化蠕變，詳見復(fù)合模型的Material Model Combinations in the ANSYS Elements Reference。更多內(nèi)容詳見“CREEP Specifications”。
DISCRETE——彈簧阻尼材料選項(xiàng)，更多內(nèi)容詳見“DISCRETE Specifications”。
DP——德魯克-普拉格塑性選項(xiàng)，更多內(nèi)容詳見“DP Specifications”。
DPER——各向異性介電常數(shù)選項(xiàng)，更多內(nèi)容詳見“DPER Specifications”。
ELASTIC——彈性材料選項(xiàng)。彈性參數(shù)可以定義為隨頻率變化的參數(shù)，用于諧波分析。更多內(nèi)容詳見“ELASTIC Specifications”。
EOS——平衡狀態(tài)選項(xiàng)（僅適用于動(dòng)力學(xué)單元），更多內(nèi)容詳見“EOS Specifications”。
EVISC——單元粘彈性選項(xiàng)，更多內(nèi)容詳見“EVISC Specifications”。
FAIL——復(fù)合材料破壞選項(xiàng)。更多內(nèi)容詳見“FAIL Specifications”和命令FC（見Specifying Failure Criteria of the ANSYS Structural Analysis Guide），后者適用于結(jié)構(gòu)殼體和實(shí)體單元。
FCON——流體電導(dǎo)率選項(xiàng)。更多內(nèi)容詳見“FCON Specifications”。
FOAM——發(fā)泡材料選項(xiàng)，更多內(nèi)容詳見“FOAM Specifications”。
GASKET——襯墊材料選項(xiàng)，更多內(nèi)容詳見“GASKET Specifications”。
GCAP——地質(zhì)力學(xué)模型材料帽選項(xiàng)，更多內(nèi)容詳見“GCAP Specifications”。
展開 中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)第101次青年學(xué)術(shù)沙龍活動(dòng)在成都舉行
劉建峰教授的報(bào)告題目為《卸荷裂隙面影響下的巖石流變機(jī)理》，他從錦屏一級(jí)電站地下廠房的工程實(shí)際問題談起，介紹了通過裂隙巖體模擬實(shí)驗(yàn)和三軸蠕變試驗(yàn)獲得卸載裂隙巖體的蠕變力學(xué)行為，研究圍巖長(zhǎng)期大變形機(jī)制，進(jìn)而得出卸荷裂隙面影響下的巖石流變機(jī)理的研究方法。基于能量分析和損傷分析建立的蠕變模型，可以根據(jù)短期荷載下巖體的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，建立不同應(yīng)力條件下巖體的應(yīng)變能特征譜系。該模型可以對(duì)大理巖蠕變狀態(tài)進(jìn)行判斷和預(yù)測(cè)，為利用數(shù)值仿真方法評(píng)價(jià)地下工程開挖卸荷的蠕變大變形提供新思路。
范海冬副教授的報(bào)告題目為《鎂合金中位錯(cuò)與孿晶塑性的多尺度模擬》，他首先介紹了在結(jié)構(gòu)減重趨勢(shì)下，鎂作為輕量綠色材料的研究難點(diǎn)，隨后通過對(duì)鎂的晶體結(jié)構(gòu)與變形機(jī)制、位錯(cuò)滑移與孿晶變形等力學(xué)行為的研究，得出位錯(cuò)的雙峰析出強(qiáng)化機(jī)制和孿晶析出的強(qiáng)化機(jī)制。研究表明，多數(shù)析出物對(duì)孿晶的強(qiáng)化效果要高于對(duì)位錯(cuò)的強(qiáng)化效果，柱面板條析出物對(duì)孿晶與位錯(cuò)均有不錯(cuò)的強(qiáng)化效果。
針對(duì)報(bào)告內(nèi)容，與會(huì)代表進(jìn)行了熱烈的討論和交流，第101次沙龍?jiān)谳p松的氣氛下落下了帷幕。
來源：中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)
展開 ABAQUS 6.6產(chǎn)品主要分析功能
粘彈性，時(shí)域和頻域的粘彈性材料模型
- 塑性：
金屬塑性，符合 Mises 屈服準(zhǔn)則的各向同性和遵循 Hill 準(zhǔn)則的各向異性塑性模型
鑄鐵塑性，拉伸為 Rankine 屈服準(zhǔn)則，壓縮為 Mises 屈服準(zhǔn)則
蠕變，考慮時(shí)間硬化和應(yīng)變硬化定律的各向同性和各向異性蠕變模型
擴(kuò)展的 Druker-Prager 模型，適合于沙土等粒狀材料的不相關(guān)流動(dòng)的模擬
Capped Drucker-Prager 模型，適合于地質(zhì)、隧道挖掘等領(lǐng)域
Cam-Clay 模型，適合于粘土類土壤材料的模擬
Mohr-Coulomb 模型，這種模型與 Capped Druker-Prager 模型類似，但可以考慮不光滑小表面情況
泡沫材料模型，可以模擬高度擠壓材料，可應(yīng)用于消費(fèi)品包裝、及車輛安全裝置等領(lǐng)域
混凝土材料模型，這種模型包含了混凝土彈塑性破壞理論
滲透性材料模型，提供了依賴于孔隙比率、飽和度和流速的各向同性和各向異性材料的滲透性模型。
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