热机蠕变疲劳：ANSYS Mechanical与nCode仿真

仿真工程师双证就业班招生中！每期仅收30人

导读：ANSYS nCode DesigenLife联合ANSYS Mechanical能够进行热机蠕变疲劳分析计算，由于分析过程的复杂性， ANSYS Workbench工作平台预定义7类nCode DesignLife疲劳分析模块并不包括对于热机蠕变疲劳的相关分析，需要间接完成。

本文基于ANSYS Mechanical User's Guide进行ANSYS热与结构松耦合 过程内容的编写，基于nCode DesignLife Theory进行热机疲劳分析理论的基础说明。

具体内容包括如下：

1、蠕变疲劳分析背景：Larson-Miller和Chaboche方法简述。

2、ANSYS Mechanical热结构间接耦合设置。

3、EN疲劳部分选项说明：应变疲劳关系、平均应力修正、弹塑性修正等。

4、热机蠕变疲劳搭建注意说明。

笔者水平有限，错误必然很多，写作仅作为整理知识，乐于同自己一样自学入门的朋友交流学习使用，请严禁直接运用于实际工程项目 而造成不必要的财产损失乃至企业自身产品质量失信。

一、蠕变疲劳分析背景

长期经历高温状态下运转工作的结构，其金属材料力学性能 受高温影响很大。当温度超过金属材料熔点的约0.5倍时（Kelvin），金属材料受到持续应力的作用，将会发生缓慢的塑性变形的现象，称为金属蠕变。工程和冶金行业通常更关注于高应力和高温度下结构的蠕变失效 行为。

恒定温度下，蠕变的单轴应变 与时间的关系一般可分为3个阶段，如图1所示。

第一阶段：减速蠕变阶段，应变率 随时间减小，短时间内完成。

第二阶段：恒定蠕变阶段，此阶段蠕变应变率随加载时间的延续而保持恒定，具有常应变率。

第三阶段：加速蠕变阶段，直至最终产生蠕变断裂。

仿真工程师双证就业班招生中！每期仅收30人

图1

蠕变应变率是应力 、应变、时间、温度的函数：

蠕变损伤中应力不需要“循环”，随着温度增加，材料内原子 受到激发从而进行扩散，促使微观缝隙产生，增长变大。

蠕变损伤评估分析的计算的起始点都是需要进行蠕变测试，蠕变损伤评估方法支持Larson-Miller和Chaboche两种方法。

1、Larson-Miller方法

Larson-Miller曲线方法使用一系列的“应力”和“Larson-Miller参数”点描绘，如图2所示。

图2

Larson-Miller多项式 方法将数据**描述应力和Larson-Miller参数关系作为多项式，如图3所示。

图3

Larson-Miller理论公式

断裂失效 时间 可以通过Larson-Miller参数和温度进行定义：

简化情况下，当获得静态温度和静态应力 ，查表主蠕变曲线 应力所对应Larson-Miller参数和相应温度，直接计算寿命（小时）。如果应力、温度或两者同时随时间变化，损伤累积将会在每个样本点进行计算，损伤增量按照如下进行定义：

其中，

是样本以小时计的时间增量。

总损伤D是时间载荷步1到N的损伤增量之和。

2、Chaboche方法

Chaboche蠕变材料数据被定义为父子数据集，温度曲线 被定义为子集，如图5所示。

图5

Chaboche方法具有两种形式：
损伤增量方程1

D是在0-1之间的损伤变量，初始条件下为0，失效条件为1。

A,r,k是与温度相关的材料参数，根据不同应力水平的蠕变失效测试试验决定。

在双对数空间中，理想蠕变失效曲线形式是一条直线。

① A代表该曲线与应力轴的截断；

② r是斜率 ；

③ k用于描述非线性 损伤评估。

如果应力和温度是常数，描述断裂失效时间的方程为：

蠕变应变率是应力、应变、时间、温度的函数A和r，同时允许外推，与试验数据比较，插值 和外推的表现都是相对合理的。

对于时间序列 载荷谱，可以根据时间历程数据直接计算损伤。样本时间增量是

，应力

的损伤增量为：

总损伤累计为

优化假设非线性总和因子k不随温度变化而变化，基于该假设，则

损伤方程2：

蠕变损伤第一种算法 未能考虑材料压缩修复的影响，采用修复系数h（-1≤ h≤1）考虑压缩应力 对于增量损伤的影响。

点击阅读完整全文：

热机蠕变疲劳在ANSYS Mechanical与nCode DesignLife仿真实现概述

相关推荐：仿真工程师双证就业班招生中！每期仅收30人

1、附赠仿真学习包，包含结构、流体、电磁 、热仿真等多学科教程，点击免费领取：知乎粉丝仿真学习包

2、免费阅读更多仿真干货文章：仿真图文教程

武汉格发信息技术有限公司，格发许可优化管理系统可以帮你评估贵公司软件许可的真实需求，再低成本合规性管理软件许可,帮助贵司提高软件投资回报率，为软件采购、使用提供科学决策依据。支持的软件有: CAD,CAE,PDM,PLM,Catia,Ugnx, AutoCAD, Pro/E, Solidworks ,Hyperworks, Protel,CAXA,OpenWorks LandMark,MATLAB,Enovia,Winchill,TeamCenter,MathCAD,Ansys, Abaqus,ls-dyna, Fluent, MSC,Bentley,License,UG,ug,catia,Dassault Systèmes,AutoDesk,Altair,autocad,PTC,SolidWorks,Ansys,Siemens PLM Software,Paradigm,Mathworks,Borland,AVEVA,ESRI,hP,Solibri,Progman,Leica,Cadence,IBM,SIMULIA,Citrix,Sybase,Schlumberger,MSC Products...