ansys级非线性分析蠕变

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Ansys Workbench蠕变分析

Workbench蠕变分析
1.问题描述：一方形实体，尺寸为5mX1mX1m，在200MPa压力，温度分别为20℃、100℃、500℃下蠕变分析。

边界条件如下图所示。

2.新建static structure模块，如图所示，分别对应20℃、100℃、500℃。

3.双击Engineering Data，定义材料蠕变特性，本示例使用Time Hardening模型（关于蠕变的模型选择请自行补脑）。

4.关闭Engineering Data,进入到Mechnical Systems，划分网格，施加边界条件。

5.对于A5、B5、C5温度分别为22℃、100℃、500℃。

6.对A5模块定义载荷步，分两次加载（示例仅计算9秒的蠕变）.载荷步详细见下图。

7.同样的，对B5、C5做相同的载荷步设置。

并进行求解。

完成后如下图所示。

上图图中显示的是22℃下的蠕变。

在200MPa载荷下，变形为2.5E-3m（第一个载荷步的结果，时间点为1秒），保持载荷不变，持续9秒，变形达到0.034m（第二个载荷步，时间点为10s）。

100℃、500℃的蠕变如下图所示
100℃
500℃
PS：本例重在分享Workbench中进行蠕变分析的过程，请忽略其结果的合理性。

By问道真人
2015/11/27。

【ANSYS非线性分析】Ansys_几何非线性基础

度量.
October 15, 2001 Inventory #001565
5-19
几何非线性基础 … 综述
• 一般地: • ANSYS 将工程应力和工程应变用于小位移分析或仅支持大挠度单元的大位移
分析. • ANSYS 将对数应变和真实应力用于支持大应变的大多数单元的大挠度. • Mooney-Rivlin 超弹性例外, 见下表所示.
“大” 是与问题相关的.
在ANSYS中, 术语大挠度和大转动可以相互交换使用.
大挠度理论考虑了大转动, 但是它假设应变是小应变. 还固有地考虑了应力刚化效应.
大应变大转动应力刚化
大挠度理论是大应变理论的子集.
October 15, 2001 Inventory #001565
5-25
几何非线性基础 ... 三类几何非线性
5-4
几何非线性基础 … 综述
3 如果单元的应变产生较大的平面内应力状态 (膜应力), 平面法向刚度将受到显著的影响.
F
Y
F
X
uy
随着垂直挠度的增加 (UY), 较大的膜应力 (SX) 导致刚化效应.
October 15, 2001 Inventory #001565
5-5
几何非线性基础 … 综述
应力刚化: 一个零件中的应力状态会影响到该零件的刚度. 随着张力的增大, 电缆的横向刚度增加. 随着压缩量的增大, 柱体横向刚度下降 (最终导致完全丧失刚度 –
如, 屈曲). 当应力刚化被激活时, 程序计算应力刚度矩阵, 并将它添加到原始
刚度矩阵去包含此效应. 应力刚度矩阵仅仅是应力和几何的函数. 应力刚度矩阵使切向刚度矩阵更加一致 (一般会改善收敛).
应变

ansys非线性分析蠕变 2解析

September 30, 2001 Inventory #001491 4-3
隐式和显式蠕变
... 显式蠕变过程
Training Manual
Advanced Structural Nonlinearities 6.0
• 可以使用命令或通过 GUI 定义一个显式蠕变模型(在下面的幻灯片中讨论)。
E节
显式蠕变
隐式和显式蠕变
E. 显式蠕变过程
• 本节讨论进行显式蠕变分析的过程。
Training Manual
Advanced Structural Nonlinearities 6.0
• 前已述及由于隐式蠕变方法比显式蠕变更有效和精确而成为首选方法。
– 显式蠕变使用需要非常小的时间步的Euler向前法, 因此会有很多次迭代。 – 与隐式蠕变不同, 塑性计算不是同时进行的。首先进行塑性分析, 然后是蠕变计算(叠加)，该时间步的塑性应变等不进行重新调整。 – 只要可能, 都应使用隐式蠕变，然而, 有些情况下采用的蠕变法则或单元类型需要使用显式蠕变。
• 显式蠕变没有与温度有关的常数。
– 由蠕变方程说明温度相关性。
• 显式蠕变常数定义并输入为 C1, C2 等等, 其中C1为第一个常数, C6 为第六个常数等。
– 不必定义所有的常数，需要使用的常数数目与选择的蠕变方程有关。
September 30, 2001 Inventory #001491 4-4
September 30, 2001 Inventory #001491 4-2隐ຫໍສະໝຸດ 和显式蠕变... 显式蠕变过程
• 显式蠕变材料支持的单元类型:
Training Manual
Advanced Structural Nonlinearities 6.0

蠕变分析实例

图2
坐标轴设置对话框
ห้องสมุดไป่ตู้3
时间为 1000 小时的轴向应力结果显示
ANSYS 显示窗口将显示螺栓的有限元图，如图 1。
图1 五、施加载荷
螺栓有限元模型图
1) 施加位移约束。选择 Preprocessor → Loads → Define Loads → Apply → Structural→Displacement→On Nodes 命令, 出现 Apply U, ROT on Nodes 拾取菜单，单击 Pick All 和 OK，在 Lab2 DOFs to be contrained 复选框中选择 All DOF, 取 VALUE Displacement value 为 0。 2) 施加温度。选择 Preprocessor→Loads→Define Loads→Apply→Structural→Temperature→Uniform Temp 命令，取 Uniform Temperature 为 900。六、求解计算 1) 定义分析类型。分析类型为 Static。 2)选择 Solution→Load Step Opts→Solution Ctrl 命令，出现 Nonlinear Solution Control 对话框，使 Solution Control 状态从 ON 变为 OFF，在 Pressure load stiffness 下拉菜单中选择 Program Chosen。 3) 定义求解时间步。选择 Solution→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time and Substps 命令，取 Time at end of load step 为 3600000，取 Number of substeps 为 100，并选中 Stepped, 其余采用默认设置。 4) 求解输出控制。选择 Solution → Load Step Opts → Output Ctrls → Solu Printout 命令，在 Item for printout control 下拉菜单中选择 Basic quantities，并选中 Every Nth substp, 取 N 值为 36000，Component name 为 All entities。 5) 写入数据库和结果文件控制。选择 Solution → Load Step Opts → Output Ctrls→DB/Result Files 命令，在 Item to be controlled 下拉菜单中选择 Element solution, 并选中 Every Nth substp, 取 N 值为 1，Component name 为 All entities。 6) 选择 Solution→Solve→Current LS 命令，单击 OK, ANSYS 将开始求解计算，求解结束时，出现 Note 对话框。七、查看求解结果 1) 轴向应力和时间变化关系曲线显示 ·定义时间-历程变量。选择 TimeHist Postpro→Define Variables 命令，单击 Add 按钮，选中 by seq no.,单击 OK 按钮，出现单元拾取菜单，在输入栏

ansys-材料属性中英文对照

ANSYS树形结构的材料模型库(第一级第二级第三级第四级第五级)(一)Linear：材料的线性行为（1）Elastic：弹性性能参数1， Isotropic：各向同性弹性性能参数 ,2，Orthtropic：正交各向异性弹性性能参数,3， Anisotropic：各向异性弹性性能参数（二）Nonlinear：材料的非线性行为（1）Elastic：非线性的弹性模型1， Hyperelastic：超弹材料模型（包含多个模型）（1） Curve Fitting：通过材料实验数据拟合获取材料模型（2）Mooney-Rivilin：Mooney-Rivilin模型（包含 2 、3、 5 与 9 参数模型）（3） Ogden：Ogden模型（包含1～5 项参数模型与通用模型）（4）Neo-Hookean：Neo-Hookean(胡克)模型（5）Polynomial Form：Polynomial Form（多项式）模型（包含 1～5 项参数模型与通用模型）（6）Arruda-Boyce：Arruda-Boyce：模型（7） Gent：Gent模型（8） Yeoh：Yeoh模型（9） Blatz-Ko(Foam)：Blatz-Ko （泡沫）模型（10）Ogden(Foam) Ogden：（泡沫）模型（11） Mooney-Rivlin(TB,MOON)：Mooney-Rivlin(TB,MOON) 模型, 2， Multilinear Elastic：多线性弹性模型（2） Inelastic：非线性的非弹性模型1， Rate Independent：率不相关材料模型( 1) Isotropic Hardening Plasticity：各向等向强化率不相关塑性模型1, Mises Plasticity：各向等向强化的 Mises 率不相关塑性模型Bilinear：双线性模型Multilinear：多线性模型Nonlinear：非线性模型2 ,Hill Plasticity：各向等向强化的 Hill 率不相关塑性模型Bilinear：双线性模型Multilinear：多线性模型Nonlinear：非线性模型( 2 )Generalized Anisotropic Hill Potenial：广义各向异性 Hill 势能率不相关模型(3)Kinematic Hardening Plasticity：随动强化率不相关塑性模型1,Mises Plasticity：随动强化的Mises率不相关塑性模型Bilinear：双线性模型Multilinear(Fixed table)：多线性模型Nonlinear(General) ：非线性模型Chaboche Chaboche：模型2, Hill Plasticity：随动强化的 Hill 率不相关塑性模型Bil inea：双线性模型Mult ilinear(Fixed table)：多线性模型Nonl inear(General)：非线性模型Chabo che Chaboche：模型(4)Combined Kinematic and Isotropic Hardening Plasticity：随动强化塑性与各向等向强化的率不相关塑性混合模型1,Mises Plasticity：等向强化的 Mises 率不相关塑性模型Chaboche and Bilinear Isotropic：Chaboche模型与双线性等向强化混合模型Chaboche and Multilinear Isotropic：Chaboche模型与多线性等向强化混合模型Chaboche and Nonlinear Isotropic：Chaboche模型与非线性等向强化混合模型2,Hill Plasticity：各向等向强化的 Hill 率不相关塑性模型Chaboche and Bilinear Isotropic：Chaboche模型与双线性等向强化混合模型Chaboche and Multilinear Isotropic：Chaboche模型与多线性等向强化混合模型Chaboche and Nonlinear Isotropic：Chaboche模型与非线性等向强化混合模型2 , Rate dependent：率相关材料模型(1) Visco-plasticity：粘塑模型1, Isotropic Hardening Plasticity：等向强化率相关塑性模型Mises Plasticity：等向强化的 Mises 率相关塑性模型Bi linear：双线性模型Mu ltilinear：多线性模型nlinear：非线性模型Hill Plasticity：等向强化的 Hill 率相关塑性模型Bi linear：双线性模型Mu ltilinear：多线性模型No nlinear：非线性模型2, Anand’Model：Anand 模型(2) Creep蠕变/徐变模型1, Creep only：蠕变模型(1) Mises Potential：Mises 势蠕变模型1, Explicit：Mises 势显式蠕变模型2, Implicit：Mises 势隐式蠕变模型Strain Harding(Primary)2: Time Harding(Primary)3: Generalized Exponential(Primary)4: Generalized Graham(Primary)5: Generalized Blackburn(Primary)6: Modified Time Harding(Primary)7: Modified Strain Harding(Primary)8: Generalized Garofalo(Secondary)9: Exponential Foam(Secondary)10: Norton(Secondary)Harding(Primary+Secondary)12: Rational polynomial(Primary+Secondary)(2) Hill potential：Hill 塑性蠕变模型Implicit：Hill 塑性隐式蠕变模型（略，包含 Creep only>Mises Potential> Implicit 相同模型）2, With Isotropic Hardening Plasticity：等向强化塑性蠕变模型(1) With Mises Plasticity：Mises 等向强化塑性蠕变模型1, Bilinear：双线性蠕变模型Explicit：Mises 等向强化塑性的双线性显式蠕变模型Implicit：Mises 等向强化塑性的双线性隐式蠕变模型（略，包含Creep only>Mises Potential> Implicit相同模型）2, Multilinear：多线性蠕变模型Explicit Mises：等向强化塑性的多线性显式蠕变模型Implicit Mises：等向强化塑性的多线性隐式蠕变模型（略，包含Creep only>Mises Potential> Implicit相同模型）3,Nonlinear：非线性蠕变模型Explicit Mises：等向强化塑性的非线性显式蠕变模型Implicit Mises：等向强化塑性的非线性隐式蠕变模型（略，包含 Creep only>Mises Potential> Implicit相同模型）(2) With Hill Plasticity：Hill 等向强化塑性蠕变模型1, Bilinear：双线性蠕变模型Explicit：双线性显式蠕变模型Implicit：双线性隐式蠕变模型（略，包含Creep only>Mises Potential> Implicit 相同模型）2, Multilinear：多线性蠕变模型Explicit：多线性显式蠕变模型Implicit：多线性隐式蠕变模型（略，包含Creep only>Mises Potential> Implicit 相同模型）3, Nonlinear：非线性蠕变模型Explicit：非线性显式蠕变模型Implicit：非线性隐式蠕变模型（略，包含Creep only>Mises Potential> Implicit 相同模型）3, With Kinematic Hardening Plasticity：随动强化塑性蠕变模型(1) With Mises Plasticity：Mises 随动强化塑性蠕变模型1, Bilinear：双线性蠕变模型1, Implicit Mises：随动强化塑性的双线性隐式蠕变模型（略，包含 Creep only>Mises Potential> Implicit相同模型）(2) With Hill Plasticity：Hill 随动强化塑性蠕变模型1, Bilinear：双线性蠕变模型1, Implicit 双线性隐式蠕变模型（略，包含Creep only>Mises Potential> Implicit 相同模型）4, With Swelling：融涨模型Explicit：显式融涨模型3, Non-metal Plasticity：非金属塑性模型Concrete：混凝土模型Drucker-Prager：D-P 模型Failure Criteria：复合材料失效模型 Gasket：垫片材料模型General Parameters：广义参数模型Compression：压缩模型Linear Unloading：线性卸载模型Nonlinear Unloading：非线性卸载模型 4, Cast-Iron：铸铁材料模型Plasticity Poisson’s Ratio：广义参数模型Uniaxial Compression：单轴压缩模型Uniaxial Tension：单轴拉伸模型5, Shape Memory Alloy形状记忆合金(3) Viscoelastic：非线性的粘弹模型Curve FittingMaxwell：Maxwell 模型(麦克斯韦)Prony：Prony 模型（普罗尼）Shear Response：剪切响应模型Volumetric Response：体积响应模型Shift Function：转换函数模型（三）Density：材料的密度（五）Thermal Expansion Coef：材料的热膨胀系数 Isotropic：各向同性材料的热膨胀系数 Orthtropic：正交各向异性材料的热膨胀系数（六）Damping：材料的阻尼（七）Friction Coefficient：材料的摩擦系数User Material Options：用户自定义材料模型。

ansys高级非线性分析五粘弹性

& σ = SR (εin )σo
等效有效应力应变率强化 [应力比率] (TB,RATE) 静态屈服应力 (TB,BISO/MISO/NLISO)
3
应力比率
ε &in m & SR (εin ) = 1+ γ & &in ) = 1+ εin SR (ε γ
m
PERZYNA
Perzyna 模型
2
1
PEIRCE
Peirce 模型
0 0 1 2 3 4 5
正则化应变率
September 30, 2001 Inventory #001491 5-8
粘塑性
... RATE 粘塑性选项
• 这意味着应力比率作为应变率的函数而改变。这意味着应力比率作为应变率的函数而改变。
用 Perzyna 模型的例子
September 30, 2001 Inventory #001491 5-9
粘塑性
... RATE 粘塑性选项
• 关于关于RATE模型的一些假设模型的一些假设: 模型的一些假设
Training Manual
Advanced Structural Nonlinearities 6.0
September 30, 2001 Inventory #001491 5-3
粘塑性
... 粘塑性理论的背景
• ANSYS中率相关塑性模型的总结中率相关塑性模型的总结: 中率相关塑性模型的总结
CREEP Behavior Isotropic or anisotropic creep (see HILL below) No explicitly defined yield surface RATE 1 Strain rate- or time-dependent Isotropic or anisotropic viscoplasticity (see HILL below) Includes yield surface ANAND Isotropic

ANSYS讲义非线性分析

F1
t1
t2
时间 t
XJTU
自动时间步(续)
• 自动时间步算法是非线性求解控制中包含的多种算法的一种。
（在以后的非线性求解控制中有进一步的讨论。） • 基于前一步的求解历史与问题的本质，自动时间步算法或者增加
或者减小子步的时间步大小。
XJTU
5) 输出文件的信息
在非线性求解过程中，输出窗口显示许多关于收敛的信息。输出窗口包括：
子步
时间 ”相关联。
“时间
两个载荷步的求解 ”
XJTU
在非线性求解中的 “ 时间 ”
• 每个载荷步与子步都与 “ 时间 ”相关联。子步也叫时间步。
• 在率相关分析（蠕变，粘塑性）与瞬态分析中，“ 时间 ”代表真实的时间。
• 对于率无关的静态分析，“ 时间 ” 表示加载次序。在静态分析中， “ 时间 ” 可设置为任何适当的值。
最终结果偏离平衡。
u 位移
XJTU
1) Newton-Raphson 法
ANSYS 使用Newton-Raphson平衡迭代法克服了增量
求解的问题。在每个载荷增量步结束时，平衡迭代驱使解回到平衡状态。
载荷
F
4 3 2
1
u 位移
一个载荷增量中全 Newton-Raphson 迭代求解。（四个迭代步如图所示）
XJTU
非线性分析的应用(续)
宽翼悬臂梁的侧边扭转失稳
一个由于几何非线性造成的结构稳定性问题
XJTU
非线性分析的应用(续)
橡胶底密封一个包含几何非线性（大应变与大变形），材料非线性（橡胶），及状态非线性（接触的例子。
XJTU
非线性分析的应用(续)

ANSYS 第12讲-非线性空间

•
非线性的求解控制都在：Solution>Sol’n Control
May,25,2005
湖南大学·土木·桥梁
12-23
求解策略－自动求解控制
•
应该说，关于非线性分析的求解控制很多，如何进行选择，这是一个值得仔细分析的问题。但是，在大多数情况下，我们只需要比较简单的步骤就可以进行非线性分析。在默认状态下，自动求解控制处于自动激活状态。 ——提供全面、自动及智能的非线性工具设置，一般能获得有效的收敛解。 ——一般可以解决大部分非线性问题。 ——推荐首先选用该控制选项进行非线性分析，如果收敛，则OK；若收敛速度较慢、或者不收敛，通过调整求解选项去保证结果收敛。
ANSYS第十二讲
非线性分析
第十二讲:
非线性分析
May,25,2005
湖南大学·土木·桥梁
12-1
内容及目标
学习完本章后，能够使用ANSYS进行一些非线性的结构分析。
Part A. 非线性有限元分析的基本概念 Part B. 非线性分析的前处理 Part C. 非线性分析的求解控制 Part D. 非线性分析的后处理
• • • •
F
..
屈服点
比例极限
U
May,25,2005
湖南大学·土木·桥梁
12-9
非线性分析的建模－塑性理论
• • 两类：增量理论、全量理论增量理论描述的是应力增量与应变增量的数学关系，是目前常用的一种塑性分析理论。增量理论的三个基本组成部分： 1. 屈服准则 2. 流动准则 3. 硬化准则
选择输出结果类型
为动画、结果历史写出更多的子步结果。
May,25,2005
湖南大学·土木·桥梁
12-27

基于ANSYS的钢筋混凝土结构非线性有限元分析

2、应力-应变曲线：描述了混凝土和钢筋的在往复荷载作用下的变形和能量吸收能力，显示了结构的塑性变形和损伤演化过程。
参考内容
引言
钢筋混凝土结构在建筑工程中具有重要地位，其非线性行为对结构性能影响显著。因此，进行钢筋混凝土结构的非线性有限元分析对于预测结构响应、优化结构设计具有实际意义。本次演示将根据输入的关键词和内容，建立钢筋混凝土结构非线性有限元分析模型，并详细描述分析过程、结果及结论。
基于ANSYS的钢筋混凝土结构非线性有限元分析
基本内容
引言：
钢筋混凝土结构是一种广泛应用于建筑工程的重要材料，其非线性力学行为对结构设计的安全性和稳定性具有重要影响。为了精确模拟钢筋混凝土结构的真实行为，需要借助先进的数值计算方法，如非线性有限元分析。ANSYS作为一种广泛使用的有限元分析软件，为钢筋混凝土结构的非线性分析提供了强大的支持。
对于钢筋混凝土，其非线性行为主要来自两个方面：混凝土的本构关系和钢筋与混凝土之间的相互作用。在非线性有限元分析中，需要建立合适的模型来描述这些行为。例如，可以采用各向异性本构模型来描述钢筋混凝土的力学行为，该模型可以捕捉到材料在不同主应力方向上的不同响应。
二、ANSYS中混凝土本构关系研究
在进行荷载试验时，通过施加不同大小和方向的荷载，检测结构的变形和破坏过程。采用静力荷载试验和动力荷载试验两种方式，分别模拟实际结构在不同荷载条件下的响应。在试验过程中，记录各阶段的位移、应变和荷载数据。
在进行有限元分析时，采用ANSYS软件对试验数据进行模拟分析。首先进行模态分解，了解结构的基本振动特性。随后进行屈曲分析，预测结构的失稳趋势。通过调整模型参数和网格划分，对比分析不同方案下的有限元计算结果，为结构的优化设计提供依据。

基于ANSYS的蠕变屈曲工程评定方法与实例

图1 蠕变屈曲变形-时间的特征基于ANSYS的蠕变屈曲工程评定方法与实例唐艳芳（上海时鉴工程技术有限公司，上海 201203）[摘要] 随着石油化工和核电工业的快速发展，越来越多的工业装置在高温下运行。

当设备或部件因压力或重力等载荷产生压缩应力时，就有可能发生蠕变屈曲。

本文介绍了ASME III-NH规范中关于蠕变屈曲的相关概念、评定方法、评定原理，同时用一个工程实例说明基于通用有限元软件进行蠕变屈曲的校核过程和实施步骤，为工程中防止蠕变屈曲失效提供了参考方案。

[关键词] 压力容器；高温；蠕变屈曲；ANSYS；实例作者简介：唐艳芳（1985—），女，江西南昌人，硕士研究生，中级工程师，从事压力容器分析及设计工作。

压力容器广泛应用于石化化工、核电等行业，如外压容器、夹套容器的内层、大型储罐球罐、核电站球形安全壳等结构，大多为薄膜结构，在承受压缩载荷的情况下极易发生屈曲失效。

随着压力容器的大型化、轻量化以及操作条件的复杂化，高温下的蠕变屈曲问题日益凸显。

本文基于ASME III-NH 分卷[1]，阐述了蠕变屈曲的相关概念和原理、蠕变屈曲的类型、评定方法及评定原理，结合NB 分卷[2]介绍了与时间无关屈曲和与时间有关屈曲两种设计方法的不同之处。

同时，以某工程项目中的支承圆筒为例，展示了基于通用有限元软件ANSYS Workbench 实施蠕变屈曲计算、分析与评定的过程，为工程中蠕变屈曲的校核提供了较全面的参考。

1 屈曲的类型结构的屈曲或失稳一般需要考虑两种类型，一种是弹性或弹塑性屈曲，另一种是蠕变屈曲。

弹性或弹塑性屈曲可能在寿命期内的任意时间瞬间发生，只取决于几何结构和在时间上的短时材料响应，一般与时间无关。

蠕变屈曲可能是因为初始缺陷随时间得到增强从而导致几何失去稳定，这种失效与时间有关，甚至当载荷恒定时也有可能发生。

由于蠕变应变随时间进行累积，发生蠕变屈曲时的载荷要小于发生弹性和弹塑性屈曲的载荷。

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el D :
el pl cr
计算塑性应变(流动法则)类似于前一章的描述。根据蠕变应变率方程计算蠕变应变，它的详细形式将在后面讨论。
• 弹性、蠕变和塑性应变都基于(当前的)应力状态，但它们是独立计算的(彼此互不依赖)。
– 注意在利用隐式蠕变与显式蠕变进行计算时有差别。
... 术语的定义
• 显式蠕变
Training Manual
Advanced Structural Nonlinearities 6.0
– 显式蠕变是指应用 Euler 向前法进行蠕变应变演化的计算。在每个时间步使用的蠕变应变率与该时间步开始时的速率一致，并假设在整个时间步 Dt 内为常量，因此，需要很小的时间步以使减小误差。
September 30, 2001 Inventory #001491 4-6
隐式和显式蠕变nced Structural Nonlinearities 6.0
• 与塑性类似, 蠕变是一种基于偏量行为的不可逆(非弹性)应变。在蠕变流动条件下, 假设材料是不可压缩的。
– 单元手册第 2.5 章节也包括了隐式和显式蠕变方程。
September 30, 2001 Inventory #001491 4-15
隐式和显式蠕变
... 一般蠕变方程
温度相关性
Training Manual
Advanced Structural Nonlinearities 6.0
– 蠕变效应被热激活, 它的温度相关性通常由 Arrhenius 法则来表示:
September 30, 2001 Inventory #001491 4-5
隐式和显式蠕变
... 蠕变背景
Training Manual
Advanced Structural Nonlinearities 6.0
• 当计算弹性、塑性和蠕变应变时, ANSYS使用附加的应变分量: 应力-应变附加分量
cr f1 f 2 f3 t f 4 T
• 函数f1-4 与选择的蠕变法则有关。
– 通常由不同应变速率和温度条件下的各种拉伸实验确定相关蠕变常数。
• 假设各向同性行为, von Mises 方程用于计算有效应力, 在蠕变应变率方程中使用等效应变(与率无关塑性相似)。
隐式和显式蠕变
... 一般蠕变方程
通常第一阶段蠕变显示时间或应变强化。
– 时间强化包含在一个时间相关项中:
Training Manual
Advanced Structural Nonlinearities 6.0
cr t m
– 应变强化包含在一个应变相关项中:
cr n
– 由可用的材料数据来决定使用哪一项(应变或时间强化)。 – 第二阶段不具有时间或应变强化，第二阶段的蠕变应变率通常是常数。
September 30, 2001 Inventory #001491 4-7
隐式和显式蠕变
... 蠕变分析实例
焊球蠕变分析的例子(热循环)。
Training Manual
Advanced Structural Nonlinearities 6.0
单元185 (B-Bar), 双曲正弦隐式蠕变模型
cr f t , t , T t Dt ,
– 对于有塑性的显式蠕变, 首先进行塑性修正, 然后进行蠕变修正。两种修正在不同应力值处进行，因此精度较差。
September 30, 2001 Inventory #001491 4-13
隐式和显式蠕变
... 术语的定义
• 隐式蠕变
四章
蠕变
隐式和显式蠕变
本章综述
Training Manual
Advanced Structural Nonlinearities 6.0
• 前一章探讨了率无关塑性, 本章将讨论 ANSYS 中蠕变行为的分析方法。
– 尽管从材料的观点看蠕变和粘塑性是相同的, 但本构模型的使用不同。因此, 率相关的塑性主题被分为两部分, 这部分属于蠕变。
• 蠕变
– 在施加恒应力条件下, 蠕变应变增加。
Training Manual
Advanced Structural Nonlinearities 6.0
t
• 应力松弛
– 在施加恒应变条件下, 应力降低。

t
September 30, 2001 Inventory #001491 4-11
隐式和显式蠕变
Bret Zahn, ChipPAC 授权的ANSYS 模型 (/)
September 30, 2001 Inventory #001491 4-8
隐式和显式蠕变
B. 术语的定义
• 蠕变的三个阶段:
– 在常载荷条件下, 蠕变的单轴应变与时间的关系如下图所示。
... 术语的定义
• 时间强化
– 假设蠕变应变率仅与从蠕变过程开始的时间有关，也就是说, 该曲线上/下移动，当应力从1 到 2变化时, 计算A 到 B点的不同蠕变速率。
Training Manual
Advanced Structural Nonlinearities 6.0
1
A
2
• 应变强化
– 假设蠕变速率仅与材料现有的应变有关，也就是说, 曲线左/右移动. 当应力从 1 到 2变化时, 计算A 到 B点的不同蠕变应变率。

B
cr t n
t
1 2
B
A
cr n
t
September 30, 2001 Inventory #001491 4-12
隐式和显式蠕变
• 另一方面, 与率无关塑性不同，蠕变在发生非弹性应变时没有屈服面。
– 因此, 蠕变不需要高应力值来发生更多的蠕变应变。假设在所有非零应力值时都会发生蠕变应变。
• 前面提到, 从材料的角度看, 蠕变和粘塑性是相同的。
– 工程应用中, 通常蠕变用于描述低应变速率的热激活过程。率无关塑性和隐式蠕变应变以弱耦合方式处理。 – 相反, ANSYS 中粘塑性本构模型用于描述高应变速率的应用(例如, 冲击载荷)。非弹性应变以强耦合方式处理。
September 30, 2001 Inventory #001491 4-17
隐式和显式蠕变
... 一般蠕变方程
• ANSYS 中可用的蠕变法则汇总如下:
Creep Equation Description Strain Hardening Time Hardening Generalized Exponential Generalized Graham Generalized Blackburn Modified Time Hardening Modified Strain Hardening Generalized Garofalo (Hyperbolic sine) Exponential Form Norton Time Hardening Rational Polynomial Generalized Time Hardening User Creep Annealed 304 Stainless Steel Annealed 316 Stainless Steel Annealed 2.25 Cr - 1 Mo Low Alloy Steel Power Function Creep Law Sterling Power Function Creep Law Annealed 316 Stainless Steel 20% Cold Worked 316 SS (Irradiation-Induced) Type Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary Secondary Secondary Secondary Both Both Primary Both Both Both Primary Both Both Both Explicit Implicit C6/C12 value TBOPT value C6=0 1 C6=1 2 C6=2 3 4 5 6 7 8 C12=0 9 C12=1 10 11 C6=15 12 13 C6=100 100 C6=9 C6=10 C6=11 C6=12 C6=13 C6=14 C66=5 -
– 第一阶段蠕变的应变率通常远大于第二阶段蠕变。然而, 应变率在第一阶段逐渐降低而在第二阶段几乎为常值 (对于前面提及的常应力、恒温下单轴试验情况而言)，而且第一阶段蠕变时间比第二阶段短。
September 30, 2001 Inventory #001491 4-10
隐式和显式蠕变
... 术语的定义
– 对于隐式蠕变加上率无关塑性, 塑性修正和蠕变修正同时进行, 而不是分别进行。因此, 隐式蠕变一般比显式蠕变更精确, 但它仍与时间步大小有关，必须使用足够小的时间步来精确捕捉路径相关行为。
• 基于上述原因, 隐式蠕变是 ANSYS 推荐的方法(高效、精确)。后面将详细讨论两种蠕变过程。
September 30, 2001 Inventory #001491 4-14
Training Manual
Advanced Structural Nonlinearities 6.0
– 第一阶段, 应变率随时间减小，该阶段在较短时间内完成。第二阶段具有常应变率。第三阶段, 应变率迅速增加直到破坏(断裂)。

断裂
第一阶段
第二阶段
第三阶段
t
September 30, 2001 Inventory #001491 4-9
隐式和显式蠕变
... 术语的定义
• 蠕变的三个阶段(续)