# Ansys热机蠕变疲劳分析

**URL:** <https://www.cax.do/t/ansys/331>\
**Category:** Thermal\
**Tags:** ansys\
**Created:** [2025 年4 月 2 日 11:28 UTC](https://www.cax.do/t/ansys/331 "2025-04-02T11:28:38Z")\
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作者： ![Sbadakesi](https://www.cax.do/user_avatar/www.cax.do/sbadakesi/32/5_2.png) [@Sbadakesi](https://www.cax.do/u/Sbadakesi)\
发布日期： [2025 年4 月 2 日 11:28 UTC](https://www.cax.do/t/ansys/331/1 "2025-04-02T11:28:38Z")

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## 蠕变及蠕变疲劳

### 蠕变

蠕变是材料中的一种损伤机制，当材料在接近熔点的温度下受到恒定应力时就会发生。发生这种情况的水平取决于材料，通常从熔点（开尔文）的一半左右开始。

 ![image](https://www.cax.do/uploads/default/original/2X/8/88a7814c855aadec9741e695d3fc2f59ce391f23.png)  
与疲劳不同，应力不需要“循环的”，常数值也可以导致蠕变损伤发生。

### 蠕变损伤

- 随着温度的升高，材料中的原子被激发并从应力面扩散到非应力面，导致微观间隙出现，随着时间的推移，这些间隙逐渐变大。
- 结构内的变形率是材料特性、运行时间、环境温度和施加的结构载荷的函数。
- 在高温环境下，最终蠕变会导致材料失效或“破裂”。  
 ![The diagram illustrates grain boundary diffusion and void growth in a material under stress, showing how atoms diffuse from regions of high shear stress to regions of low shear stress, leading to changes in grain shape and the formation of voids. (由 AI 生成标题)](https://www.cax.do/uploads/default/original/2X/3/316fd16c5fe76843e1d08dc2a8659ac01aa63e76.jpeg)

### 蠕变计算方法

- 目前，已经提出了几种基于恒定温度和应力来估计破裂时间的模型。
- DesignLife支持其中的两种：Larson-Miller和Chaboche。  
 ![The diagram illustrates grain boundary diffusion, showing how atoms move to minimize shear stress, resulting in changes in grain shape and the formation of voids. (由 AI 生成标题)](https://www.cax.do/uploads/default/original/2X/3/316fd16c5fe76843e1d08dc2a8659ac01aa63e76.jpeg)

材料属性

- 计算的起点是材料数据。为了获得这些数据，必须进行蠕变试验。

材料属性获取

- 一组蠕变试验包括取一个已知几何形状的试样，在试样上悬挂重物，并将试样加热到已知的恒定温度。
- 试样最终会破裂失效。记录破裂时间，从而获得应力、温度和破裂时间的值表。
- 对于不同的方法，这些测试结果以不同的方式用于获得描述材料行为的曲线或方程。
- 如果温度和应力中的一个或两个随时间变化，则可以计算小时间增量的局部蠕变损伤值，然后将它们相加以计算随时间的损伤。当总损伤达到1时，估计已经发生破裂。
- 在Larson-Miller方法中，损伤是线性求和的，而Chaboche包括非线性损伤求和模型。
- 使用罗宾逊法则，蠕变损伤可以与疲劳损伤相加得到总损伤。这假设蠕变和疲劳模式之间的相互作用是线性的。

## 蠕变疲劳分析流程

应力张量历程，如果温度来源于FE结果，需要使用混合载荷，包括一个温度载荷读取，此外，FixedSampleRate选项必须用于生成正确的时间信息

• 从应力张量提起组合应力参数（Abs Max Principal or Signed vonMises）

• 计算蠕变损伤值，使用 Larson-Miller或者 Chaboche法， 将增量损伤相加，计算1次重复的总损伤

• 计算重复损伤的寿命（以重复为单位）和寿命（以小时为单位）。请注意，Chaboche在此阶段使用非线性求和公式。

• 蠕变分析不需要雨流计数，即使应力是恒定的，只要温度超过蠕变阈值，也可能由于蠕变而发生损伤。

 ![This flowchart illustrates a creep calculation process, starting with a load provider and progressing through stress and temperature history combination, stress history analysis, and finally, creep damage calculation using Larson-Miller or Chaboche methods. (由 AI 生成标题)](https://www.cax.do/uploads/default/original/2X/6/6e35ac5e9dd16442a13872bb6a891b7e16cb7e4a.jpeg)

## 蠕变疲劳分析方法

CreepMethod属性定义了用来计算蠕变的模型。 两个模型提供的模型应力及温度数据完全相同。

• 对于Larson-Miller，两个材料公式用于描述Larson-Miller Polynomial和 Larson-Miller Curve. 它们执行相同的功能，但其中一个将应力和Larson-Miller参数之间的关系描述为多项式（高达4阶），另一个使用一系列X-Y点来实现相同的目标。.

• Chaboche方法是独立的，使用不同的方程和方法。

 ![A screenshot displays a table of parameters for a creep analysis engine, including method, combination method, scale factor, temperature selection, output settings, and damage value. (由 AI 生成标题)](https://www.cax.do/uploads/default/original/2X/3/3564423e4f608c6851983b280477edc6425f9e0b.png)

> Larson-Miller Polynomial

Larson-Miller Polynomial以应力的多项式函数方式定义Larson-Miller参数

 ![A table defines parameters for a calculation, including maximum and minimum stress and temperature limits, Larson-Miller constant, and polynomial coefficients. (由 AI 生成标题)](https://www.cax.do/uploads/default/original/2X/c/cc67f3e9bdee6d8c6f14f54533a21122b372b2e2.jpeg)  
Larson-Miller曲线数据集是由应力和Larson-Meller参数的成对点定义的分段曲线。必须为每个点定义相同数量的点。  
 ![The table shows the properties and descriptions of parameters used in a calculation, including maximum and minimum stress and temperature limits, a Larson-Miller constant, and stress and P(LM) values. (由 AI 生成标题)](https://www.cax.do/uploads/default/original/2X/b/bfcaf058a87bbc4b20b9f215a62f85c06acd0d97.jpeg)

> Chaboche

Chaboche蠕变材料数据集被定义为父数据集，每个温度曲线被定义为子集。

 ![A table defines material properties, including maximum and minimum stress and temperature, along with parameters for creep calculations. (由 AI 生成标题)](https://www.cax.do/uploads/default/original/2X/3/387e1de4b87735a1a85e6edea5f0290a626a4f1f.jpeg)  
 ![A table lists the properties of temperature, A, and r, describing their relationship to a Chaboche Creep Stress-Life curve. (由 AI 生成标题)](https://www.cax.do/uploads/default/original/2X/e/e3d8fe3cd55697439e8553b28f5261cf90fc8cd3.jpeg)

> 组合方法  
> 在计算中，求解器会创建应力张量历史σij（t）。为了进行蠕变计算，需要将该应力张量减少到单个标量值，以便在蠕变材料曲线中使用。这个过程被称为应力组合。组合应力损伤参数的可用选项包括：

- MaxPrincipal
- VonMises
- Shear
- AbsMaxPrincipal
- SignedVonMisesCombinationMethod

MaxPrincipal：最大主应力。疲劳时，此选项可能不那么保守，应谨慎使用；然而，在蠕变中，它可能更保守。

VonMises：VonMises总是正值，因此如果Chaboche方法使用该选项，则不会考虑任何压缩愈合。

Shear：最大剪切应力（Tresca标准）。它没有符号，因此如果该选项用于Chaboche方法，将不会考虑任何压缩愈合。

AbsMaxPrincipal：绝对最大主应力是主应力的最大值:  
 ![image](https://www.cax.do/uploads/default/original/2X/5/54caded51fa6451ec7c09cbf8c923ae6fa98673f.png)  
SignedVonMises：有符号的冯-米塞斯应力，取绝对最大主应力的符号，即：  
 ![image](https://www.cax.do/uploads/default/original/2X/b/b714c845f8e57b6cc5c5c7e269200434593a4d38.png)  
SignedShear：有符号的剪切应力是最大剪切应力（Tresca准则），取绝对最大主应力的符号。采用系数2，以确保该参数与单轴加载条件下的绝对最大主应力具有相同的值。

 ![A screenshot shows a table of parameters for a creep analysis engine, including settings for creep calculation method, stress combination, scale factor, temperature selection, output options, and failure damage value. (由 AI 生成标题)](https://www.cax.do/uploads/default/original/2X/3/3564423e4f608c6851983b280477edc6425f9e0b.png)

> Stress Limits

- 对于这两种方法，对于应力值是有边界的，即要设定低值和高值

最小容许应力

- 有效地设定了蠕变极限，低于该极限不会产生蠕变损伤。
- 当使用基于多项式的Larson-Miller材料数据集时，这一点尤为重要，因为在数据不符合曲线的区域，方程可能会变得不稳定。

最大容许应力

- 是进行计算的最大应力。这可以定义为UTS，或者至少是固定温度下的UTS。
- 然而，由于Larson-Miller参数是针对一系列温度定义的，因此输入数据中应该定义“最大允许应力”。如果计算值超过此值，则报告“static failure”，并将损坏设置为1。

> Temperature Limits

- 对于这两种方法，输入的温度值有边界的，即要设定低值和高值。

最低允许温度

- 是指在低于该温度时不会发生蠕变或轻微蠕变的温度。这通常是开尔文熔点的50%左右，但也可以根据材料测试来注意。

设置最大允许温度

- 是为了防止在分析中使用接近或高于熔点的温度。如果超过该值，则损坏设置为1。

> 最低允许温度

- 对于蠕变分析，各个时间导致的损伤需要乘上各自的时间发生次数，总体的损伤将各个事件加在一起。
- 只有独立模式