蠕變的案例
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 Ansys Workbench蠕變分析
這是一個加工硬化作用，由于蠕變變形使位錯源開動的阻力及位錯滑移的阻力逐漸增大，蠕變速率逐漸降低。
II 恒速蠕變階段：又稱穩態蠕變階段，這一階段的特點是蠕變速率基本保持不變，一般所說的金屬蠕變速率指的就是這一階段的蠕變速率。由于應變硬化的發展，促進了動態回復，金屬不斷軟化，當應變硬化與回復軟化二者達到平衡時，蠕變速率趨于穩定。
III 加速蠕變階段：這一階段蠕變速率隨時間增大，到d點時發生蠕變斷裂。空洞(可從第二階段形成)長大、連接形成裂紋而迅速擴散，導致蠕變速度加快，直至發生蠕變斷裂。
材料的蠕變性能可以用蠕變極限和持久強度極限表示，兩者的定義和適用范圍不同，可根據實際需要選擇。
蠕變極限：為保證在高溫長載荷作用下的機件不致產生過量蠕變，要求金屬材料具有一定的蠕變極限。與常溫下的屈服強度類似，蠕變極限反映的是金屬材料在高溫長時載荷作用下的塑性變形抗力指標。蠕變極限適用于不允許發生過量蠕變變形的服役條件下的設計選材。
持久強度極限：某些服役條件下，蠕變變形很小或對變形要求不高，只要求構件在使用期間不發生斷裂。在此情況下，選擇能反映蠕變斷裂抗力的指標作為選材設計依據。金屬材料持久強度極限，是在規定溫度(t)下，達到規定的持續時間(τ)而不發生斷裂的最大應力。
展開 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
然而，同時考慮時間尺度與多物理場耦合影響的 SOFC 蠕變行為與損傷演化研究卻鮮有報道。SOFC 長期在高溫下服役，熱應力與內部殘余應力均會使 SOFC 在長時間服役中產生較大蠕變變形，甚至失效，嚴重影響電池的長期服役可靠性和工作壽命。因此，為解決此問題，開展平板式 SOFC 蠕變損傷研究至關重要。
近年來，針對 SOFC 蠕變損傷的研究逐漸涌現。LAURENCIN 等[8]在 SOFC 工作溫度下進行了多孔Ni-8YSZ 金屬陶瓷的四點彎曲蠕變試驗，結果表明其在相對較低的溫度下(700 表現出明顯的低蠕變應變率現象。JIANG 等[9]基于傳統諾頓蠕變損傷模型和威布爾分布法計算了平板式SOFC 在一個工作周期內的蠕變和失效概率，結果表明運行階段的溫度波動會導致熱應力和失效概率增加。CHIU 等[10]研究了鐵素體不銹鋼 Crofer 22APU 在 25～800 ℃的拉伸性能和在 650～800 ℃的蠕變性能，試驗結果表明 Crofer 22 APU 的蠕變機制為晶界位錯運動的冪律蠕變機制。ZHANG 等[11]基于假設均勻溫度場用有限元法研究了工作溫度對SOFC 柔性密封蠕變和損傷的影響，結果表明在不同的幾何尺寸下，密封是 SOFC 最有可能失效的構件。LIN等[13]研究了在 800 ℃恒定剪切和拉伸載荷下 SOFC玻璃陶瓷密封和鐵素體不銹鋼制成的連接體的蠕變性能。目前，國內外學者對 SOFC 蠕變損傷的研究存在三方面不足。第一，假設整個 SOFC 處于均勻溫度場，忽略了 SOFC 在實際工況下的溫度梯度影響；第二，主要針對單一構件的蠕變性能進行研究，未考慮不同構件之間的相互作用；第三，在進行蠕變分析過程中使用傳統的諾頓蠕變模型，忽略了蠕變的第一和第三階段，未耦合損傷，不能體現損傷后的應力重分布。
展開 基于UMAT的蠕變變形仿真
蠕變是在外載荷不變的情況下，為此需要設置兩個分析步：
Step1：載荷加載；
Step2：載荷保持不動，隨著時間增加，蠕變應變累積，應力重新分配。
效果驗證
設計一個簡單的拉伸案例用于蠕變效果的驗證：
(1) 模型截面：30mm×3.0mm，長度500mm。
(2) 彈性模量：基于試驗擬合的和溫度相關的關系式，定義在子程序中。
(3) 邊界條件：一端固支，一端載荷26MPa；溫度900℃。
(4) 蠕變模型參數：
模型
靜力加載后的初始變形
200h后蠕變變形
蠕變變形歷程
【可靠性】塑料蠕變——不僅僅是變形的簡單描述
某軟質塑料的標稱蠕變應變曲線圖
塑料蠕變試驗相關標準：
ISO 899-1 蠕變行為的測定 - 第 1 部分：拉伸蠕變
ISO 899-2 蠕變行為的測定 - 第 2 部分：三點加載的彎曲蠕變
ASTM D2990塑料拉伸、壓縮和彎曲蠕變和蠕變破裂的標準測試方法
ISO 16770塑料 - 聚乙烯環境應力開裂 (ESC) 的測定 - 全缺口蠕變試驗 (FNCT)
ISO 3384-1硫化或熱塑性橡膠 – 壓縮應力松弛的測定
蠕變試驗確定了哪些特征值？
拉伸蠕變應變、標稱拉伸蠕變應變、拉伸蠕變模量、標稱拉伸蠕變模量、破斷時間、等時應力-應變曲線、蠕變恢復等。
需要提前明確哪些條件？
進行蠕變性能測試，需明確三個條件：溫度、載荷、時間。溫度應與狀態調節相同的環境下進行試驗，試驗時間內溫度偏差在±2℃；載荷應與材料的預期應用相當，規定初始應變可通過模量進行換算得出初始載荷；時間無規定，準確至±2s內，通常在1000h內。
國高材分析測試中心可根據試驗要求設計完整的塑料蠕變測試方案，包括蠕變曲線繪制、蠕變屬性參數標定等，同時提供對蠕變測試結果的分析和解釋，幫助工程技術人員在產品設計階段更好地理解和應用蠕變測試結果，從而進一步提高研發產品的性能和使用壽命。
展開 Abaqus蠕變分析（step by step）
事實上蠕變是非常復雜的，這里僅給出了abaqus中的簡單流程，足以解決常規工程問題。
為了簡化塑料結構蠕變問題的計算(如降低蠕變應變與其他非彈性應變的耦合程度)，可以將該分析問題分成一個靜態加載的過程，然后再進行蠕變過程的分析。
1.靜態加載過程的計算
靜態加載過程就是一與時間無關的加載過程，使用ABAQUS/Standard時主要是在中設置，如圖1所示。
2.蠕變過程的計算
在通過步驟1的靜態分析后，結構中將產生一個應力場，接下來可以進行蠕變過程的計算。蠕變過程的計算主要分為兩個過程：獲得該結構材料的蠕變模型參數和建立蠕變分析步。
1) 獲得材料的蠕變模型參數
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形式最為簡單，對于簡單的蠕變過程（如蠕變過程應力變化范圍不太大）是比較適用的，式(1)為其微分形式：
由于圖2中表征的是蠕變應變與時間和等效應力的關系，故必須對公式(1)積分，積分結果見公式(2)：
表征材料蠕變特性的三個參數確定后，通過ABAQUS/CAE的添加材料的蠕變特性，如圖3所示：
2) 蠕變計算
由于蠕變是一個時間相關的過程，因此必須計入時間。同時蠕變又是一個慣性效應不明顯的過程，即結構的加速度效應不用考慮。針對這些ABAQUS提供了專門針對這一類型的分析步。
蠕變計算分析步設置在中完成，見圖4。
其中蠕變應變的容差設置將影響增量步的大小，容差設的很小，增量步也將降低。
展開 粘彈性與蠕變理解
2.蠕變與松弛
蠕變與松弛行為是很多材料所共有的力學行為，比如瀝青，纖維材料等，蠕變是在應力保持一定的狀態下，應變發生變化；松弛剛好相反，應變保持一定的狀態下，應力發生變化。很多初學者往往認為蠕變和松弛就是粘彈性，這個觀點存在錯誤。粘彈性更多的是與加載過程中的材料反應具有聯系，而蠕變與松弛往往是材料在加載完成能夠以后的力學反應。舉例來說明一下。
混凝土材料應該算作明顯的非粘彈性材料，但是當載荷加載完畢的時候，混凝土機構本身在實用的過程中還是會發生蠕變（一般成為徐變），但是我們在混凝土結構的計算過程中都是使用線彈性模型模擬混凝土在彈性的行為，而不是粘彈性模型，這就是說狹義的粘彈性與蠕變沒有太多的相關性。再舉個例子，金屬材料是典型的線彈性體，一般不會使用蠕變來分析的（當然疲勞問題，蠕變損傷還是會用到的，但在這里已經超出了討論的范圍）可是在沖壓成型的過程中，往往加載速率不同，材料的反應也不盡相同。
所以我們可以將粘彈性行為與率依賴行為相聯系，可以用它來計算高速沖擊時的金屬反應，對于粘彈性行為更為明顯的瀝青等有機材料，當加載速率對于動態模量影響較大的時候，也要進行考慮。
至于蠕變和應力松弛，一般是用來計算穩定結構（結構加載完畢以后），在使用時間內應變或者應力的增加或減小。
由于開始接觸道路工程專業，所以對于粘彈性與蠕變（松弛）這一對“雙生子”的關系越來越感興趣了，比如路面的車轍行為就算是兩種行為的典型耦合方式，由于路面結構是以瀝青混合料為建筑材料的，所以瀝青的力學行為成為了道路研究重點，可是路面又是一種特殊結構，具有載荷循環作用，速率高，作用時間短等特點。這樣一來這個路面工程成為復雜材料與特殊機構交織的一個難點課題。還舉車轍行為為例吧。
展開 金屬小棒棒抓起來燒烤了40年-蠕變試驗
金屬條們正在做日復一日的蠕變試驗。
什么是蠕變試驗？
這就要從用久了會炸的高壓鍋說起了。
金屬蠕變導致的災難性后果
鋼鐵、鋁合金等金屬材料雖然已經很硬了，但也不是永遠不會損壞的物質。在高溫下，金屬會像塑料那樣隨時間變形拉伸，最后破裂，這就是蠕變。當然，某些材料，比如鉛和玻璃在常溫下也會發生蠕變，但是速率比較低。
火力發電站的金屬管道要承受高溫高壓
火力發電廠的管道、你家的高壓鍋、渦輪葉片、核電站的容器就是這樣的高溫高壓環境。為了防止這些設施設備爆炸出事故，就需要仔細研究金屬在高溫和應力下的反應。
飛機噴氣引擎里的金屬蠕變
@westmoreland mech
有人說看看教科書，用理論進行計算不就好了？
不不不。教科書上一般說，蠕變會經歷幾個階段，每個階段會如何如何，但是實證數據發現，現實和教科書有所差異。
比如，奧氏體不銹鋼（最常見的不銹鋼，產量約占所有不銹鋼的2/3，用于制造餐具，外科手術器械等）SUS316在高壓下的蠕變行為類似于教科書的描述，但是在低壓情況下的蠕變速率（單位時間的蠕變變形）卻和教科書不一致。
用途廣泛的馬氏體不銹鋼
另外，在設計高溫中運作的機械時，需要在材料的無蠕變（NC）或者可忽略蠕變（NEC）區域內進行，因此必須要提前進行測試，蠕變試驗就是這樣出現的。
聽起來蠕變測試和一般的實驗沒有什么不同嘛。
啊不。一般來說，蠕變測試要持續2000小時（83天）以上才能得出有效數據。
展開 溫度-應力耦合作用下PTFE壓縮蠕變機理與檢測體系構建
然而，由于其長期處于承載條件下，故產生的壓縮蠕變會引起尺寸的變化，發生密封件根部擠壓損壞現象，在密封系統中影響密封性能。壓縮蠕變和磨損均會引起PTFE材料尺寸的變化，因此，深入研究 PTFE 的壓縮蠕變機理，建立科學的檢測方法，對提升 PTFE 制品的工程可靠性具有重要意義。
蠕變原理
蠕變可以分為三種形變普彈形變、高彈形變以及黏性形變。高分子在外力作用下三中心變同時產生。公式如下，式中σ 為應力；E1 為普彈形變的彈性模量；E2 為高 彈模量；τ 為松弛時間；η1 為本體黏度。
典型蠕變曲線如圖2，第一階段為減速蠕變階段，第二段恒速蠕變階段，第三段為加入蠕變階段，且直至斷裂。
圖2 典型蠕變曲線
目前國內外大部分為研究PTFE材料的拉伸蠕變行為，對于壓縮蠕變行為的研究較少。
展開 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 電工電子殼體用ABS蠕變本構方程擬合及長期變形情況預測
在生活中有不少具有蠕變和應力松弛現象的例子。例如在燈柱之間，燈絲圈會隨著時間不斷下垂變長，這是燈絲自身重量引發的蠕變。緊固件如密封圈在放置一段時間后變松了，這是因為發生了應力松弛現象。打包帶變松，緊繃的橡皮筋變松等都是應力松弛現象。在一些產品設計如壓力容器，蠕變和應力松弛可能引起產品失效，此時蠕變和應力松弛是需要重點考慮的因素。
利用蠕變本構方程，可以模擬材料在實際工作條件下的長期變形，預測結構的壽命，這對于長期在高溫條件下服役的產品尤為重要，有利于優化產品的設計和性能。本文采用電工電子產品殼體常用ABS材料進行研究，依據測試數據擬合得到ABS蠕變本構方程，并根據時間-溫度-應力等效原理對其在較長時期的蠕變變形情況進行預測，為ABS材料的使用穩定性提供一些參考。
采用DMA三點彎曲測試，分別測試45°C和55°C下0.3MPa、0.6MPa、1.2MPa下的100h的蠕變測試，得到蠕變應變-時間曲線，如圖1所示。同時測試試樣楊氏模量和泊松比，如表1所示。
a. 45℃不同應力水平下的蠕變應變曲線
b. 55℃不同應力水平下的蠕變應變曲線
圖1 不同溫度下的蠕變應變-時間曲線
表1 45℃下的楊氏模量和泊松比
1. 蠕變本構方程擬合
蠕變應變-時間曲線一般分為三個階段：蠕變減速階段，穩定恒速階段和蠕變加速階段，根據測試情況只有前兩個階段。一般情況下，蠕變應變（蠕變應變率）是時間、應力、應變、溫度的函數，蠕變應變及蠕變應變率可以使用時間、溫度、應力、應變相關函數的乘積來表示，具體如下公式（1）：
對于只有前兩個階段的測試情況，比較合適的本構方程主要有時間硬化本構、應變硬化本構、指數類本構等，穩定階段的本構方程對僅關注蠕變第二階段有良好效果。
展開 
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 案例35-無鉛焊接凸點的彈塑性蠕變分析
突出顯示了以下特性和功能：
• 使用實驗數據獲得隱式蠕變材料常數。
• 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變
介紹
蠕變是一種速率相關的材料非線性，其中材料在恒定載荷下繼續變形。蠕變是由于長期暴露在不超過材料屈服強度的高應力水平下而發生的。長期受熱的材料蠕變更嚴重。蠕變應變率可以是應力、時間、溫度和中子通量水平的函數。
在恒定載荷下，單軸應變-時間蠕變行為如下圖所示：
在初級階段，應變率隨著時間的推移而降低，這一階段往往發生在相對較短的時間內。第二階段表現出相關的恒定應變。在第三階段，應變速率迅速增加，直至失效（破裂）。通常，蠕變的初級和次級階段通常是最受關注的。
在靜態或瞬態結構分析中，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，因為它計算速度更快、更準確。可以使用不同的隱式蠕變材料模型模擬蠕變的初級和次級階段，如下表所示：
蠕變模型可以根據可用的實驗數據進行選擇。
倒裝芯片封裝所承受的溫度波動會導致焊點的逐漸損壞。超過一定限度的損壞累積會導致電氣故障。此類失效通常是所用材料之間熱膨脹失配的結果。失配導致復雜的變形行為，并與不可逆、溫度和應變率或時間相關的非彈性特性有關，從而在焊點內和周圍產生粘塑性變形。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。
在電子工業中，熱機械分析的主要目標是模擬焊點的應力和應變響應，以更好地預測其使用可靠性。這里提出的問題是使用蠕變和塑性材料模型對倒裝芯片封裝進行熱力學分析。
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，焊點的熱機械分析變得越來越重要。
展開 abaqus蠕變基本設置及雙曲正弦函數損傷蠕變本構CREEP子程序 ￥59.9
該部分為abaqus蠕變計算基本流程
ABAQUS蠕變問題計算流程.pdf
付費部分為使用CREEP子程序建立雙曲正弦函數蠕變損傷子程序，含到達預設損傷值（假設為1.0）后終止計算，和USDFLD子程序控制材料參數（該子程序可用于損傷后的材料退化，如蠕變第三階段或者蠕變疲勞分析，若不需要場變量控制可對該部分代碼進行刪除），相關理論請參考附件sci文獻。可提供關于CREEP子程序的幫助文件學習的相關指導
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
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