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1、蠕變,四章,September 30, 2001 Inventory #001491 4-2,隱式和顯式蠕變本章綜述,前一章探討了率無(wú)關(guān)塑性, 本章將討論 ANSYS 中蠕變行為的分析方法。 盡管從材料的觀點(diǎn)看蠕變 和粘塑性是相同的, 但本構(gòu)模型的使用不同。 因此, 率相關(guān)的塑性主題被分為兩部分, 這部分屬于蠕變。 本章將介紹ANSYS中可用的大量的隱式和顯式蠕變法則。 主要討論金屬的蠕變。 然而, 討論的各種觀點(diǎn)也適用于塑料或混凝土等其它材料的蠕變。 ANSYS有隱式和顯式兩種蠕變分析過(guò)程。 首先討論蠕變的一般知識(shí)，然后是進(jìn)行隱式或顯式蠕變分析的細(xì)節(jié)。,September 30, 2001
2、Inventory #001491 4-3,隱式和顯式蠕變本章綜述,本章包括下列主題： A. 蠕變現(xiàn)象背景 B. 術(shù)語(yǔ)定義 C. 一般蠕變方程 D. 隱式蠕變過(guò)程 E. 顯式蠕變過(guò)程 F. ANSYS 蠕變模型的求解過(guò)程 G. 隱式蠕變與顯式蠕變的比較,September 30, 2001 Inventory #001491 4-4,隱式和顯式蠕變 A. 蠕變背景,晶體材料中, 如金屬, 蠕變機(jī)理與空隙的擴(kuò)散流動(dòng)和位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)有關(guān)。 空隙是點(diǎn)缺陷, 傾向于形成與所施加應(yīng)力方向垂直(而不是平行)的晶界。空隙由高集中區(qū)向低集中區(qū)運(yùn)動(dòng)。 在低應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生擴(kuò)散流動(dòng)，但通常需要高溫條件。 晶粒的位錯(cuò)是線缺
3、陷. 位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)(攀升、滑動(dòng)、偏移)在高應(yīng)力狀態(tài)下被激活, 盡管在中溫時(shí)也可能發(fā)生位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。 有時(shí)晶界滑移被認(rèn)為是一種獨(dú)立的導(dǎo)致蠕變變形的機(jī)理。,September 30, 2001 Inventory #001491 4-5,隱式和顯式蠕變 . 蠕變背景,盡管對(duì)材料科學(xué)的詳細(xì)論述超越了本書的范圍，也足以說(shuō)明前面提及的物理機(jī)理導(dǎo)致蠕變。 蠕變變形與應(yīng)力、應(yīng)變、時(shí)間和溫度的相關(guān)性一般用與下式相似的形式來(lái)模擬： 函數(shù)f1-4 與選擇的蠕變法則有關(guān)。 通常由不同應(yīng)變速率和溫度條件下的各種拉伸實(shí)驗(yàn)確定相關(guān)蠕變常數(shù)。 假設(shè)各向同性行為, von Mises 方程用于計(jì)算有效應(yīng)力, 在蠕變應(yīng)變率方程中使用等
4、效應(yīng)變(與率無(wú)關(guān)塑性相似)。,September 30, 2001 Inventory #001491 4-6,隱式和顯式蠕變 . 蠕變背景,當(dāng)計(jì)算彈性、塑性和蠕變應(yīng)變時(shí), ANSYS使用附加的應(yīng)變分量: 計(jì)算塑性應(yīng)變(流動(dòng)法則)類似于前一章的描述。 根據(jù)蠕變應(yīng)變率方程計(jì)算蠕變應(yīng)變，它的詳細(xì)形式將在后面討論。 彈性、蠕變和塑性應(yīng)變都基于(當(dāng)前的)應(yīng)力狀態(tài)，但它們是獨(dú)立計(jì)算的(彼此互不依賴)。 注意在利用隱式蠕變與顯式蠕變進(jìn)行計(jì)算時(shí)有差別。,September 30, 2001 Inventory #001491 4-7,隱式和顯式蠕變 . 蠕變背景,與塑性類似, 蠕變是一種基于偏量行為的不可逆
5、(非彈性)應(yīng)變。 在蠕變流動(dòng)條件下, 假設(shè)材料是不可壓縮的。 另一方面, 與率無(wú)關(guān)塑性不同，蠕變?cè)诎l(fā)生非彈性應(yīng)變時(shí)沒(méi)有屈服面。 因此, 蠕變不需要高應(yīng)力值來(lái)發(fā)生更多的蠕變應(yīng)變。 假設(shè)在所有非零應(yīng)力值時(shí)都會(huì)發(fā)生蠕變應(yīng)變。 前面提到, 從材料的角度看, 蠕變和粘塑性是相同的。 工程應(yīng)用中, 通常蠕變用于描述低應(yīng)變速率的熱激活過(guò)程。 率無(wú)關(guān)塑性和隱式蠕變應(yīng)變以弱耦合方式處理。 相反, ANSYS 中粘塑性本構(gòu)模型用于描述高應(yīng)變速率的應(yīng)用(例如, 沖擊載荷)。 非彈性應(yīng)變以強(qiáng)耦合方式處理。,September 30, 2001 Inventory #001491 4-8,隱式和顯式蠕變 . 蠕變分析實(shí)
6、例,焊球蠕變分析的例子(熱循環(huán))。,Bret Zahn, ChipPAC 授權(quán)的ANSYS 模型 (,單元185 (B-Bar), 雙曲正弦隱式蠕變模型,September 30, 2001 Inventory #001491 4-9,隱式和顯式蠕變 B. 術(shù)語(yǔ)的定義,蠕變的三個(gè)階段: 在常載荷條件下, 蠕變的單軸應(yīng)變與時(shí)間的關(guān)系如下圖所示。 第一階段, 應(yīng)變率隨時(shí)間減小，該階段在較短時(shí)間內(nèi)完成。第二階段 具有常應(yīng)變率。第三階段, 應(yīng)變率迅速增加直到破壞(斷裂)。,September 30, 2001 Inventory #001491 4-10,隱式和顯式蠕變 . 術(shù)語(yǔ)的定義,蠕變的三個(gè)階段
7、(續(xù)) 蠕變應(yīng)變率可能是應(yīng)力、應(yīng)變、溫度、和/或時(shí)間的函數(shù)。 對(duì)于工程分析, 通常最關(guān)心蠕變的第一和第二階段， 第三階段蠕變通常與開(kāi)始破壞有關(guān)(頸縮、損壞), 且時(shí)間較短， 因此, ANSYS 中不模擬第三階段。 第一階段蠕變的應(yīng)變率通常遠(yuǎn)大于第二階段蠕變。然而, 應(yīng)變率在第一階段逐漸降低而在第二階段幾乎為常值 (對(duì)于前面提及的常應(yīng)力、恒溫下單軸試驗(yàn)情況而言)， 而且第一階段蠕變時(shí)間比第二階段短。,September 30, 2001 Inventory #001491 4-11,隱式和顯式蠕變 . 術(shù)語(yǔ)的定義,蠕變 在施加恒應(yīng)力條件下, 蠕變應(yīng)變?cè)黾印?應(yīng)力松弛 在施加恒應(yīng)變條件下, 應(yīng)力降
8、低。,September 30, 2001 Inventory #001491 4-12,隱式和顯式蠕變 . 術(shù)語(yǔ)的定義,時(shí)間強(qiáng)化 假設(shè)蠕變應(yīng)變率僅與從蠕變過(guò)程開(kāi)始 的時(shí)間有關(guān)， 也就是說(shuō), 該曲線 上/下移動(dòng)，當(dāng)應(yīng)力從s1 到 s2變化時(shí), 計(jì)算A 到 B點(diǎn)的不同蠕變速率。 應(yīng)變強(qiáng)化 假設(shè)蠕變速率僅與材料現(xiàn)有的應(yīng)變有關(guān)， 也就是說(shuō), 曲線左/右移動(dòng). 當(dāng)應(yīng)力從 s1 到 s2變化時(shí), 計(jì)算A 到 B點(diǎn)的不同蠕變 應(yīng)變率。,September 30, 2001 Inventory #001491 4-13,隱式和顯式蠕變 . 術(shù)語(yǔ)的定義,顯式蠕變 顯式蠕變是指應(yīng)用 Euler 向前法進(jìn)行蠕變應(yīng)
9、變演化的計(jì)算。 在每個(gè)時(shí)間步使用的蠕變應(yīng)變率與該時(shí)間步開(kāi)始時(shí)的速率一致，并假設(shè)在整個(gè)時(shí)間步 Dt 內(nèi)為常量， 因此，需要很小的時(shí)間步以使減小誤差。 對(duì)于有塑性的顯式蠕變, 首先進(jìn)行塑性修正, 然后進(jìn)行蠕變修正。兩種修正在不同應(yīng)力值處進(jìn)行，因此精度較差。,September 30, 2001 Inventory #001491 4-14,隱式和顯式蠕變 . 術(shù)語(yǔ)的定義,隱式蠕變 隱式蠕變應(yīng)用了Euler向后積分法求解蠕變應(yīng)變。 該方法在數(shù)值上無(wú)條件穩(wěn)定，這意味著不必象顯式蠕變方法那樣, 使用小的時(shí)間步, 所以總體上會(huì)更快。 對(duì)于隱式蠕變加上率無(wú)關(guān)塑性, 塑性修正和蠕變修正同時(shí)進(jìn)行, 而不是分別進(jìn)
10、行。 因此, 隱式蠕變一般比顯式蠕變更精確, 但它仍與時(shí)間步大小有關(guān)，必須使用足夠小的時(shí)間步來(lái)精確捕捉路徑相關(guān)行為。 基于上述原因, 隱式蠕變是 ANSYS 推薦的方法(高效、精確)。 后面將詳細(xì)討論兩種蠕變過(guò)程。,September 30, 2001 Inventory #001491 4-15,隱式和顯式蠕變 C. 一般蠕變方程,如前所述, 蠕變方程通常是一種速率形式, 類似于下式: 然而, 被分析的材料類型決定了具體蠕變方程的選擇?，F(xiàn)在討論一些一般的特性, 具體模型包括在隱式蠕變和顯式蠕變兩部分中。 單元手冊(cè) 第 2.5 章節(jié)也包括了隱式和顯式蠕變方程。,September 30, 20
11、01 Inventory #001491 4-16,隱式和顯式蠕變 . 一般蠕變方程,溫度相關(guān)性 蠕變效應(yīng)被熱激活, 它的溫度相關(guān)性通常由 Arrhenius 法則來(lái)表示: 式中Q為激活能, R為普適氣體常數(shù), T為絕對(duì)溫度。 應(yīng)力相關(guān)性 蠕變應(yīng)變通常也與應(yīng)力有關(guān), 尤其是位錯(cuò)蠕變。Norton 法則為: 對(duì)上述冪定律的常見(jiàn)修正如下:,September 30, 2001 Inventory #001491 4-17,隱式和顯式蠕變 . 一般蠕變方程,通常第一階段蠕變顯示時(shí)間或應(yīng)變強(qiáng)化。 時(shí)間強(qiáng)化包含在一個(gè)時(shí)間相關(guān)項(xiàng)中: 應(yīng)變強(qiáng)化包含在一個(gè)應(yīng)變相關(guān)項(xiàng)中: 由可用的材料數(shù)據(jù)來(lái)決定使用哪一項(xiàng)(應(yīng)變
12、或時(shí)間強(qiáng)化)。 第二階段不具有時(shí)間或應(yīng)變強(qiáng)化，第二階段的蠕變應(yīng)變率通常是常數(shù)。,September 30, 2001 Inventory #001491 4-18,隱式和顯式蠕變 . 一般蠕變方程,ANSYS 中可用的蠕變法則匯總?cè)缦? 如前所述, 只要可能, 推薦采用隱式蠕變。,隱式蠕變,D節(jié),September 30, 2001 Inventory #001491 4-20,隱式和顯式蠕變 D. 隱式蠕變過(guò)程,本節(jié)討論進(jìn)行隱式蠕變分析的過(guò)程。 如前所述, 因?yàn)殡[式蠕變比顯式蠕變更穩(wěn)定、精確和高效(更快), 所以是首選的方法。 這是由于該公式中使用了隱式積分法(Euler向后法)。 有些情況
13、下采用的蠕變法則或單元類型需要使用顯式蠕變方法。,September 30, 2001 Inventory #001491 4-21,隱式和顯式蠕變 . 支持的單元類型,隱式蠕變材料支持的單元類型: “核心”單元: PLANE42, SOLID45, PLANE82, SOLID92 和 SOLID95 “18x”系列單元: LINK180, SHELL181, PLANE182, PLANE183, SOLID185, SOLID186, SOLID187, BEAM188 和 BEAM189 隱式蠕變分析中, 推薦選擇“18x” 系列單元。 因?yàn)樵?“18x” 系列單元中有大量的單元技術(shù)可
14、用(參考第二章), 這些單元提供了更強(qiáng)的靈活性和能力。這些公式包括 B-Bar, URI, 增強(qiáng)應(yīng)變及混合U-P。 “18x” 系列單元比核心單元支持更多的本構(gòu)模型, 包括超彈性。,September 30, 2001 Inventory #001491 4-22,隱式和顯式蠕變 . 支持的塑性模型,前已述及, 蠕變與率無(wú)關(guān)塑性解耦。 隱式蠕變?cè)试S與下述率無(wú)關(guān)塑性模型相結(jié)合(見(jiàn)第三章): 有蠕變的 BISO, MISO和 NLISO (等向強(qiáng)化蠕變) 有蠕變的 BKIN (隨動(dòng)強(qiáng)化蠕變) 蠕變與 HILL (各向異性蠕變) 蠕變與BISO, MISO 和 有 HILL 的 NLISO (等向強(qiáng)
15、化的各向異性蠕變) 蠕變與有 HILL 的 BKIN (隨動(dòng)強(qiáng)化的各向異性蠕變),September 30, 2001 Inventory #001491 4-23,隱式和顯式蠕變 . 定義隱式蠕變模型,可以用命令或通過(guò)GUI定義隱式蠕變模型(在下面的幻燈片中討論)。 對(duì)于隱式蠕變, 以兩種方式定義溫度相關(guān)性: 由 TBDATA (或材料GUI)定義溫度相關(guān)常數(shù) 很多蠕變方程包括前面提及的 Arrhenius 方程 由用戶確定使用任一個(gè)或兩個(gè)方法來(lái)包含溫度相關(guān)性。,September 30, 2001 Inventory #001491 4-24,隱式和顯式蠕變 . 定義隱式蠕變模型,通過(guò)命令
16、定義隱式蠕變時(shí), 使用TB,CREEP, 具體蠕變模型由TBOPT 定義。 TB, CREEP, mat, ntemp, npts, TBOPT TBTEMP 定義與溫度相關(guān)的常數(shù) TBDATA 定義實(shí)際常數(shù) 對(duì)下面的例子, TBOPT = 2 是指采用時(shí)間-強(qiáng)化蠕變方程. 使用 TBTEMP命令指定溫度相關(guān)常數(shù), 與該方程相關(guān)的四個(gè)常數(shù)由 TBDATA 命令指定為自變量。 TB,CREEP,1,1,4,2TBTEMP,100TBDATA,1,C1,C2,C3,C4,September 30, 2001 Inventory #001491 4-25,隱式和顯式蠕變 . 定義隱式蠕變模型,所有隱
17、式蠕變模型可以在如下的材料GUI中選擇: Structural Nonlinear Inelastic Rate Dependent Creep 確保首先定義必需的線彈性材料屬性( EX和 PRXY)。,September 30, 2001 Inventory #001491 4-26,隱式和顯式蠕變 . 定義隱式蠕變模型,當(dāng)選擇合適的隱式蠕變模型后, 出現(xiàn)一個(gè)獨(dú)立對(duì)話框顯示所需的輸入項(xiàng)。 下面例子中, 已經(jīng)定義了第一階段蠕變方程, 提示用戶輸入四個(gè)蠕變常數(shù)。 也可以輸入溫度相關(guān)的常數(shù)。,September 30, 2001 Inventory #001491 4-27,隱式與顯式蠕變 . 可
18、用的隱式蠕變模型,下表顯示可用的隱式蠕變法則，方程在下面幻燈片中說(shuō)明。,September 30, 2001 Inventory #001491 4-28,隱式和顯式蠕變 . 可用的隱式蠕變模型,1)應(yīng)變強(qiáng)化TBOPT=1第一階段蠕變 2)時(shí)間強(qiáng)化TBOPT=2第一階段蠕變 3)廣義指數(shù)TBOPT=3第一階段蠕變 4)廣義Graham TBOPT=4第一階段蠕變,September 30, 2001 Inventory #001491 4-29,隱式和顯式蠕變 . 可用的隱式蠕變模型,5)廣義Blackburn TBOPT=5第一階段蠕變 6)修正的時(shí)間強(qiáng)化TBOPT=6第一階段蠕變 7)修正
19、的應(yīng)變強(qiáng)化TBOPT=7第一階段蠕變,September 30, 2001 Inventory #001491 4-30,隱式和顯式蠕變 . 可用的隱式蠕變模型,8)廣義Garofalo TBOPT=8第二階段蠕變 9)指數(shù)形式TBOPT=9第二階段蠕變 10)NortonTBOPT=10第二階段蠕變,September 30, 2001 Inventory #001491 4-31,隱式和顯式蠕變 . 可用的隱式蠕變模型,11)時(shí)間強(qiáng)化TBOPT=11第一階段+第二階段 12)有理多項(xiàng)式TBOPT=12 第一階段+第二階段 13)廣義時(shí)間強(qiáng)化TBOPT=13第一階段蠕變,September
20、30, 2001 Inventory #001491 4-32,隱式和顯式蠕變 . 練習(xí),請(qǐng)參考附加練習(xí)題: 練習(xí)6: 應(yīng)力松弛,顯式蠕變,E節(jié),September 30, 2001 Inventory #001491 4-34,隱式和顯式蠕變 E. 顯式蠕變過(guò)程,本節(jié)討論進(jìn)行顯式蠕變分析的過(guò)程。 前已述及由于隱式蠕變方法比顯式蠕變更有效和精確而成為首選方法。 顯式蠕變使用需要非常小的時(shí)間步的Euler向前法, 因此會(huì)有很多次迭代。 與隱式蠕變不同, 塑性計(jì)算不是同時(shí)進(jìn)行的。首先進(jìn)行塑性分析, 然后是蠕變計(jì)算(疊加)，該時(shí)間步的塑性應(yīng)變等不進(jìn)行重新調(diào)整。 只要可能, 都應(yīng)使用隱式蠕變，然而,
21、有些情況下采用的蠕變法則或單元類型需要使用顯式蠕變。,September 30, 2001 Inventory #001491 4-35,隱式和顯式蠕變 . 顯式蠕變過(guò)程,顯式蠕變材料支持的單元類型: “核心”單元: PLANE42, SOLID45, PLANE82, SOLID92 和 SOLID95 其它單元: LINK1, PLANE2, LINK8, PIPE20, BEAM23, BEAM24, SHELL43, SHELL51, PIPE60, SOLID62 和 SOLID65 注意 18x 系列單元不支持顯式蠕變。 顯式蠕變支持的塑性基本模型: 任何使用中的單元類型所支持的塑
22、性模型都可以與顯式蠕變相結(jié)合 (如 BISO, MISO, BKIN, KINH/MKIN, DP)。 前已述及, 這是塑性和蠕變的非同時(shí)性模擬(首先進(jìn)行塑性計(jì)算, 然后是蠕變計(jì)算)。,September 30, 2001 Inventory #001491 4-36,隱式和顯式蠕變 . 顯式蠕變過(guò)程,可以使用命令或通過(guò) GUI 定義一個(gè)顯式蠕變模型(在下面的幻燈片中討論)。 顯式蠕變沒(méi)有與溫度有關(guān)的常數(shù)。 由蠕變方程說(shuō)明溫度相關(guān)性。 顯式蠕變常數(shù)定義并輸入為 C1, C2 等等, 其中C1為第一個(gè)常數(shù), C6 為第六個(gè)常數(shù)等。 不必定義所有的常數(shù)，需要使用的常數(shù)數(shù)目與選擇的蠕變方程有關(guān)。,S
23、eptember 30, 2001 Inventory #001491 4-37,隱式和顯式蠕變 . 顯式蠕變過(guò)程,當(dāng)通過(guò)命令定義顯式蠕變時(shí), 使用TB,CREEP 命令, TBOPT=0 (或保留空白)。 TB, CREEP, mat, ntemp, npts TBDATA 定義實(shí)際的常數(shù)。 通常用 C6 常數(shù)指定第一階段蠕變(選擇C6 =0到 15)，若C1 0 或T + Toffset 0, 則不計(jì)算第一階段蠕變。 用 C12 常數(shù)選擇第二階段蠕變(C12=0 或 1)，第一階段蠕變方程C6=9-11, 13-15 已經(jīng)包括第二階段蠕變效應(yīng), 所以第二階段蠕變 C12常數(shù)被忽略，若C7
24、0 或 T + Toffset 0, 則不計(jì)算第二階段蠕變。 用C66常數(shù)指定輻射感應(yīng)蠕變， C6=0 至11時(shí)使用該方程，若C55 0 且 C61 0, 或T + Toffset 0, 則不計(jì)算第二階段蠕變。,September 30, 2001 Inventory #001491 4-38,隱式和顯式蠕變 . 定義顯式蠕變模型,如下的材料GUI中可以選擇所有的顯式蠕變模型: Structural Nonlinear Inelastic Rate Dependent Creep 確保首先定義必需的線彈性材料屬性 (EX 和 PRXY)。,September 30, 2001 Inventor
25、y #001491 4-39,隱式和顯式蠕變 . 定義顯式蠕變模型,當(dāng)選擇合適的顯式蠕變模型后, 出現(xiàn)一個(gè)獨(dú)立的對(duì)話框顯示需要的輸入項(xiàng)。 下面例子中, 已經(jīng)定義了一個(gè)蠕變方程, 提示用戶輸入各種蠕變常數(shù)。,September 30, 2001 Inventory #001491 4-40,隱式和顯式蠕變 . 可用的顯式蠕變模型,下表為可用的顯式蠕變法則，其方程將在下面的幻燈片說(shuō)明。 注意對(duì)于具體材料, 很多蠕變法則有固有的單位(例如C6=11)。請(qǐng)查閱單元手冊(cè)的第 2.5 章節(jié)以保證使用正確的單位系統(tǒng)。,September 30, 2001 Inventory #001491 4-41,隱式和
26、顯式蠕變 . 可用的顯式蠕變模型,1)應(yīng)變強(qiáng)化C6=0第一階段蠕變 2)時(shí)間強(qiáng)化C6=1第一階段蠕變 3)廣義指數(shù)C6=2第一階段蠕變 4)鋼的蠕變法則C6=9, 10, 11, 14, or 15第一和第二階段蠕變參閱單元手冊(cè)第 2.5章中的定義 ec 的選項(xiàng)。,September 30, 2001 Inventory #001491 4-42,隱式和顯式蠕變 . 可用的顯式蠕變模型,5)冪函數(shù)蠕變法則C6=12第一階段蠕變 6)真冪函數(shù)C6=13第一和第二階段蠕變 7)指數(shù)形式C12=0第二階段蠕變 8)NortonC12=1第二階段蠕變,蠕變求解過(guò)程,F節(jié),September 30, 2
27、001 Inventory #001491 4-44,隱式和顯式蠕變 F. 求解蠕變問(wèn)題,前面討論了ANSYS 中隱式和顯式蠕變的一些區(qū)別。 可用的蠕變法則取決于蠕變方法 蠕變常數(shù)的輸入不同 支持的單元類型不同 隱式蠕變是首選方法 本節(jié)將回顧蠕變材料模型的求解過(guò)程: 求解選項(xiàng) 后處理 適當(dāng)?shù)臅r(shí)候?qū)⑻崾倦[式和顯式蠕變求解過(guò)程的區(qū)別。,September 30, 2001 Inventory #001491 4-45,隱式和顯式蠕變 . 蠕變的求解選項(xiàng),含蠕變材料的模型求解與其他非線性問(wèn)題類似, 但求解蠕變問(wèn)題時(shí)有一些特殊的考慮事項(xiàng)。 蠕變是大應(yīng)變還是小應(yīng)變?nèi)Q于該問(wèn)題。 若不能確定, 最好打開(kāi)大
28、變形效應(yīng)。 與其它率無(wú)關(guān)材料的靜態(tài)非線性分析不同, 蠕變分析中“時(shí)間”有重要意義。 確保結(jié)束時(shí)間對(duì)于模型和所關(guān)心的時(shí)間范圍是合適的。 注意分析不是必需為瞬態(tài) 分析，慣性效應(yīng)(TIMINT) 打開(kāi)或關(guān)閉取決于該問(wèn)題。 然而, 一般來(lái)說(shuō), 由于時(shí)間范圍較長(zhǎng), 蠕變分析不考慮慣性效應(yīng)(ANTYPE,STATIC 或 TIMINT,OFF) 。,September 30, 2001 Inventory #001491 4-46,隱式和顯式蠕變 . 蠕變的求解選項(xiàng),指定蠕變分析的求解類型 Main Menu Solution -Analysis Type- Soln Control Solution C
29、ontrols -Basic Tab- Analysis Options 需要時(shí)指定大位移求解（ NLGEOM,ON） 推薦使用缺省的求解控制設(shè)置(SOLCONTROL)，缺省時(shí), 求解控制打開(kāi)。,September 30, 2001 Inventory #001491 4-47,隱式和顯式蠕變 . 蠕變的求解選項(xiàng),在載荷步末使用合適的時(shí)間(TIME)。 Solution Controls -Basic Tab- Time Control 與其它靜態(tài)分析不同, 因?yàn)槿渥兪锹氏嚓P(guān)的, 在蠕變分析中 TIME 有其含義。分析可以是靜態(tài)或瞬態(tài)的(不包括或包括慣性效應(yīng))，但 TIME 應(yīng)該是真實(shí)單位。
30、 指定一個(gè)合適的初始時(shí)間步長(zhǎng)( DELTIM)來(lái)捕捉非線性效應(yīng)，確保最小和最大時(shí)間步長(zhǎng)也合理。,右面例子中, 在求解控制對(duì)話框中, 指定結(jié)束時(shí)間為1300. 初始時(shí)間步是長(zhǎng)1.0, 最小為 0.5, 最大為10。(僅供示范),September 30, 2001 Inventory #001491 4-48,隱式和顯式蠕變 . 切換隱式蠕變效應(yīng),僅對(duì)于隱式蠕變, RATE (“包括應(yīng)變率效應(yīng)”)命令在分析中用于打開(kāi)或關(guān)閉蠕變效應(yīng)。 Solution Controls -Nonlinear Tab- Creep Option 這對(duì)建立初始條件有用。這種情況下, 應(yīng)該設(shè)定一個(gè)非常小的結(jié)束時(shí)間值 (
31、如 1e-8), 關(guān)閉速率效應(yīng)(RATE,OFF)，正常求解，然后用RATE,ON 命令打開(kāi)蠕變效應(yīng), 并指定真實(shí)結(jié)束時(shí)間。 RATE命令僅適用于下述情況: 18x 系列單元的隱式蠕變( von Mises 勢(shì)) 18x 或核心單元的各向異性隱式蠕變(Hill 勢(shì)),September 30, 2001 Inventory #001491 4-49,隱式和顯式蠕變 . 蠕變應(yīng)變比率,因?yàn)槿渥兪且环N路徑相關(guān)現(xiàn)象, 確保充分地捕捉響應(yīng)是重要的。 ANSYS 采用的一個(gè)措施是蠕變比率 Cs, Cs定義為: 式中, Decr 為等效蠕變應(yīng)變?cè)隽? eet 為修正的等效彈性應(yīng)變(詳見(jiàn)理論手冊(cè) 第 4.2
32、/4.3章)。,September 30, 2001 Inventory #001491 4-50,隱式和顯式蠕變 . 蠕變應(yīng)變比率,需要時(shí)使用后退控制 (CUTCONTROL) 指定等效蠕變應(yīng)變比率的最大值。 Solution Controls -Nonlinear Tab- Cutback Control CUTCONTROL,CRPLIMIT,crvalue,1 將為隱式蠕變施加蠕變比率的最大值-crvalue。缺省時(shí)不指定隱式蠕變極限控制。 CUTCONTROL,CRPLIMIT,crvalue,0將為顯式蠕變施加蠕變比率的最大值-crvalue。缺省時(shí)顯式蠕變極限為10%。 在一個(gè)時(shí)
33、間步長(zhǎng)中, 若 ANSYS 計(jì)算的一個(gè)蠕變應(yīng)變比率大于crvalue, 則求解步自動(dòng)二分, 直到滿足蠕變 極限或達(dá)到最小時(shí)間步長(zhǎng)。,September 30, 2001 Inventory #001491 4-51,隱式和顯式蠕變 . 蠕變應(yīng)變比率,如前所述, 顯式蠕變 有一個(gè)穩(wěn)定性極限，這與蠕變極限0.25 (25%)一致, 所以指定的極限不能大于該值，使用時(shí), 缺省值0.10 (10%)比較合適。 另一方面, 隱式蠕變 是絕對(duì)穩(wěn)定的, 所以沒(méi)有穩(wěn)定性極限，因而, 缺省時(shí)不強(qiáng)加極限。然而, 這不意味著隱式蠕變是“絕對(duì)精確?！?一般推薦的蠕變比率極限為1 到 10 (100-1000%), 并
34、確保指定一個(gè)足夠小的初始時(shí)間步長(zhǎng)及最小、最大時(shí)間步長(zhǎng)。 蠕變比率被打印在如下所示的輸出文件/窗口: * LOAD STEP 1 SUBSTEP 94 COMPLETED. CUM ITER = 94 * TIME = 940.000 TIME INC = 10.0000 * CREEP RATIO = 0.7971E-03,September 30, 2001 Inventory #001491 4-52,隱式和顯式蠕變 . 指定溫度補(bǔ)償值,用 TOFFST 指定一個(gè)絕對(duì)溫度補(bǔ)償值。 Main Menu Preprocessor Material Props Temperature Units
35、 通常熱載荷單位可以是C 或F，TOFFST 用于在ANSYS內(nèi)部轉(zhuǎn)換為絕對(duì)單位。 蠕變方程建立在絕對(duì)溫度規(guī)格上，例如在 Arrhenius 函數(shù)中。,September 30, 2001 Inventory #001491 4-53,隱式和顯式蠕變 . 檢查蠕變結(jié)果,除了檢查彈性、熱和塑性應(yīng)變外, 還可檢查蠕變應(yīng)變。 Main Menu General Postproc Plot Results Nodal Solu Main Menu General Postproc Plot Results Element Solu ,右面所示對(duì)話框中, 在左側(cè)選擇蠕變應(yīng)變種類。 在右側(cè)選擇蠕變應(yīng)變分量
36、、主蠕變應(yīng)變和有效蠕變應(yīng)變。 注意, 6.0版本中, 不需要 Eff Nu，實(shí)際的等效應(yīng)變被計(jì)算并存儲(chǔ)。,September 30, 2001 Inventory #001491 4-54,隱式和顯式蠕變 . 檢查蠕變結(jié)果,也可得到蠕變應(yīng)變能密度, 并畫圖或列表。 Main Menu General Postproc Plot Results Nodal Solu Main Menu General Postproc Plot Results Element Solu ,September 30, 2001 Inventory #001491 4-55,隱式和顯式蠕變 G. 隱式與顯式的比較,
37、September 30, 2001 Inventory #001491 4-56,隱式和顯式蠕變 . 隱式與顯式的比較,計(jì)算結(jié)束時(shí)平均拉伸/蠕變應(yīng)變約為 10%,ANSYS 5.6 SOLID185, UI 147 個(gè)單元, 352 個(gè)節(jié)點(diǎn) 蠕變模型, 1 結(jié)束時(shí)間, 1E5 CPU 118.26 sec. E. time 169.00 sec. S. steps 51, tot. iter. 82 Uy = 1.970 mm,(隱式算法),September 30, 2001 Inventory #001491 4-57,隱式和顯式蠕變 . 隱式與顯式的比較,下表匯總了隱式和顯式蠕變的區(qū)別:,1對(duì)于顯式蠕變, 若 T+TOFFSET 0.0, 時(shí)間步長(zhǎng) 1e-6 或 C1 0.0 (對(duì)第一階段蠕變)，則忽略蠕變計(jì)算.,September 30, 2001 Inventory #001491 4-58,隱式和顯式蠕變 . 練習(xí),請(qǐng)參考附加練習(xí)題: 練習(xí)7: 冪定律蠕變,
ansys高級(jí)非線性分析四蠕變.ppt
