第23例 材料蠕变分析实例

第23例材料蠕变分析实例—受拉平板本例简单地介绍了蠕变的概念及蠕变材料模型的创建方法，简单地介绍了结构蠕变分析的方法、步骤及要点。

23.1蠕变简介

蠕变是指金属材料在长时间的恒温、恒载作用下，持续发生缓慢塑性变形的行为，大多数金属材料在高温下都会表现出蠕变行为。

如果材料发生了蠕变，在恒载作用下结构会发生持续变形；如果结构承受恒位移，则应力会随时间而减小，即产生应力松弛。

图23-1 蠕变曲线

蠕变一般分为蠕变初始阶段（Primary）、蠕变稳定阶段（Secondary）和蠕变加速阶段(Tertiary)三个阶段，如图23-1所示。蠕变初始阶段时间很短，应变率随时间而减小；在蠕变稳定阶段，应变以常速率发展；在蠕变加速阶段，应变率急剧增大直至材料失效。研究蠕变行为，主要针对蠕变初始阶段和蠕变稳定阶段。

研究问题时一般以蠕变方程（又称本构关系）来表征蠕变行为，蠕变方程以蠕应变率的，形式表示dεcr/dt =AσBεC t P式中，εcr为蠕应变。A、B、C、D是由实验得到的材料特性参数。当D<0时，蠕应变率随时间减小，材料处于蠕变初始阶段；当D=0时，蠕应变率不随时间变化，材料处于蠕变稳定阶段。

在ANSYS中，有一个蠕应变率库供选择。

23.2问题描述

一矩形平板，左端固定，右端作用有恒定压力p=100MPa，矩形平板尺寸如图23-2所示，材料的弹性模量为2xl05MPa，泊松比为0.3，蠕变稳定阶段蠕变方程dεcr/dt =C1σC2。C2，式中，C1=3.125 x10-14，C2=5。试分析平板右端的位移随时间的变化情况。

提示：为避免出现较小值，力单位用N，长度单位用mm，时间单位为h。

图23-2受拉矩形平板

23.3分析步骤

23.3.1改变任务名

拾取菜单Utility Menu→File→Change Jobname，弹出如图23-3所示的对话框，在“[/FJLNAM]”文本框中输入EXAMPLE23，单击“OK”按钮。

图23-3改变任务名对话框

23.3.2选择单元类型

拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit／Delete，弹出如图23-4所示的对话框，单击“Add…”按钮，弹出如图23-5所示的对话框，

在左侧列表中选“Structural Solid”。在右侧列表中选“Quad 4 node 182”，单击“OK”按钮，最后单击如图23-4所示对话框中的“Close”按钮。

图23-4单元类型对话框

图23-5单元类型库对话框

23.3.3定义材料模型

拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Material Props→Material Models，弹出如图23-6所示的对话框，在右侧列表中依次拾取“Structural”、“Linear”、“Elastic”、“Isotropic”，弹出如图23-7所示的对话框，在“EX”文本框中输入2e5（弹性模量），在“PRXY”文本框中输入0.3（泊松比），单击“OK”按钮；再在如图23-6所示对话框的右侧列表中依次拾取"Structural", "Nonlinear", "Inelastic", "Rate

Dependent", "Creep", "Creep only". “Mises Potential”、“Implicit”、“10：Norton(Secondary．)”，弹出如图23-8所示的对话框，在“C1”、“C2”、，“C3”文本框中分别输入3.125E-14、5、0，单击“OK”按钮，然后关闭如图23-6所示的对话框

图23-6材料模型对话框

图26-7材料特性对话框

图26-8蠕变特性对话框

23.3.4创建矩形面

拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Rectangle→By Dimension，弹出如图23-9所示的对话框，在“Xl，X2”文本框中分别输入0，100，在“Y1，Y2”文本框中分别输入0，30，单击“OK”按钮。

图26-9创建矩形面对话框

23.3.5划分单元

拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Meshing→MeshTool，弹出如图23-10所示的对话框，单击“Size Controls”区域中“Lines”后面的“Set”按钮，弹出拾取窗口，拾取矩形面的长边，单击“OK”按钮，弹出如图23-11所示的对话框，在“NDIV”文本框中输入10，单击“Apply”按钮；再次弹出拾取窗口，拾取矩形面的短边，单击“OK”按钮，弹出如图23-11所示的对话框，在“NDIV”文本框中输入3，单击“OK”按钮。在如图23-10所示对话框的“Mesh”区域，选择

单元形状为“Quad”（四边形），选择划分单元的方法为“Mapped”（映射），单击“Mesh”按钮，弹出拾取窗口，拾取面，单击“OK”按钮，最后关闭如图23-10所示的对话框。

图23-10网格工具对话框

图23-11单元尺寸对话框

23.3.6施加约束

拾取菜单Main Menu-Solution→Define Loads→Apply→Structural→Displacement→On Lines，弹出拾取窗口，拾取矩形面的左侧短边，单击“OK”按钮，弹出如图23-12所示的对话框，在列表中选择“All DOF "，单击“OK”按钮。

图23-12 在线上施加约束对话框

23.3.7施加载荷

拾取菜单Main Menu→Solution→Define Loads→Apply→Structural→Pressure →On Lines，弹出拾取窗口，拾取矩形面的右侧短边，单击“OK”按钮，弹出如图23-13所示的对话框，在" VALUE”文本框中输入-100，单击“OK”按钮。