蠕变分析理论
蠕变分析【精选文档】
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4 蠕变分析4.4.1 蠕变理论4.4.1。
1 定义蠕变是率相关材料非线性,即在常荷载作用下，材料连续变形的特性。
相反如果位移固定，反力或应力将随时间而变小，这种特性有时也称为应力松驰，见图4—18a .图4-18 应力松弛和蠕变蠕变的三个阶段如图4-18b所示.在初始蠕变阶段,应变率随时间而减小，这个阶段一般发生在一个相当短的时期。
在第二期蠕变阶段，有一个常应变率，所以应变以常速率发展,在第三期蠕变阶段，应变率迅速增加直到材料失效.由于第三期蠕变阶段所经历的时间很短，材料将失效，所以通常情况下，我们感兴趣的是初始蠕变和第二期蠕变。
ANSYS程序中的蠕变行为用来模拟初始蠕变和第二期蠕变。
蠕变系数可以是应力、应变、温度、时间或其它变量的函数。
在高温应力分析中(如核反应堆等），蠕变分析非常重要。
例如，假设在核反应堆中施加了预荷载，以保证与相邻部件保持接触而不松开。
在高温下过了一段时间后，预荷载将降低（应力松驰),可能使接触部件松开。
对于一些材料如预应力砼，蠕变也可能十分重要。
最重要的是要记住，蠕变是永久变形。
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2 理论介绍蠕变方程：我们通过一个方程来模拟蠕变行为,此方程描述了在实验中观测到的主要特征（特别是在一维的拉伸实验中）。
这个方程以蠕应变率的方式表示出来，其形式如下：上式中,A、B、C、D是从实验中得到的材料常数，常数本身也可能是应力，应变，时间或温度的函数，这种形式的方程被称为状态方程。
上式中,当常数D为负值时，蠕应变率随时间下降，材料处于初始蠕变阶段，当D为0时，蠕应变率为常值，材料处于第二期蠕变阶段。
对于2－D或3－D应力状态,使用VON Mises方程计算蠕应变率方程中所使用的标量等效应力和等效应变。
对蠕变方程积分时,我们使用经过修改的总应变，其表达式为:经过修改的等效总应变为：其等效应力由下式算出:其中：G=剪切模量＝等效蠕应变增量由程序给出的某一种公式进行计算，一般为正值，如果在数据表中，则使用的是衰减的蠕应变率而不是常蠕变率，但这个选项一般不被推荐，因为在初始蠕变所产生的应力为主的情况下，它可能会严重的低估蠕变值.如果，程序使用修正的等效蠕应变增量来代替蠕应变增量。
abaqus蠕变模型 双曲正弦法则
文章题目：深入探讨abaqus蠕变模型与双曲正弦法则在工程领域中，蠕变现象一直是一个备受关注的话题。
而abaqus蠕变模型与双曲正弦法则作为研究和应用领域的重要组成部分，对于深入理解和分析蠕变现象都具有重要意义。
本文将从简到繁，由浅入深地讨论abaqus蠕变模型和双曲正弦法则，帮助读者更深入地理解这一主题。
1. abaqus蠕变模型abaqus蠕变模型是指在abaqus有限元分析软件中用来描述材料发生蠕变现象的模型。
蠕变是指在给定应力条件下，材料在持续加载下逐渐发生变形的性质。
在abaqus中，蠕变模型能够较好地预测材料在长期荷载作用下的变形和破坏行为，是工程实践中不可或缺的工具。
在abaqus中，蠕变模型通常采用粘塑性模型或本构模型来描述材料的蠕变行为。
它考虑了应力、时间和温度等多种因素对材料蠕变性能的影响，可以很好地模拟出材料在实际工况下的蠕变变形。
通过abaqus蠕变模型的建立和分析，工程师可以更好地了解材料的蠕变特性，从而设计出更加可靠和安全的工程结构。
2. 双曲正弦法则双曲正弦法则是描述材料蠕变现象的重要数学模型之一。
它基于实验数据和理论分析，将蠕变应变和时间之间的关系用双曲正弦函数进行描述，能够较好地预测材料在蠕变条件下的变形行为。
双曲正弦法则的提出，为工程实践中的蠕变问题提供了理论支持，对于材料蠕变性能的研究具有重要意义。
在双曲正弦法则中，蠕变应变随时间的变化服从双曲正弦函数的规律，这一规律在预测材料长期蠕变行为时表现出较高的准确性和可靠性。
通过双曲正弦法则，工程师可以更好地理解蠕变现象，并为工程结构的设计和使用提供更加可靠的依据。
总结回顾通过本文的讨论，我们深入探讨了abaqus蠕变模型与双曲正弦法则。
abaqus蠕变模型作为预测材料长期荷载下变形行为的工具，在工程实践中具有重要意义。
它考虑了多种因素对材料蠕变性能的影响，能够较好地模拟出材料的蠕变行为。
双曲正弦法则则是描述蠕变现象的重要数学模型，通过描述蠕变应变和时间之间的关系，为预测材料在蠕变条件下的变形行为提供了理论支持。
高温环境下材料热蠕变行为的力学分析
高温环境下材料热蠕变行为的力学分析热蠕变是指在高温环境下，材料受到温度的变化而产生的形变现象。
在高温环境下，材料的原子或分子会发生较大幅度的热运动，导致材料发生蠕变变形。
理解和分析高温环境下材料的热蠕变行为对材料的设计和工程应用非常重要。
本文将进行力学分析，探讨高温环境下材料热蠕变行为的机制和影响因素。
首先，高温环境下材料热蠕变主要受到温度和应力的共同作用。
温度是引起热蠕变的主要原因，因为高温会使材料内部原子或分子的热运动剧烈增加。
而应力则是对材料施加的外部力，使材料发生变形。
热蠕变行为的机制可以分为几个方面：首先是晶粒滑移。
在高温下，材料的晶界可以发生滑移，从而使材料产生变形。
晶界滑移是材料热蠕变的主要机制之一，晶界的运动和滑移会导致材料局部发生变形。
其次是晶粒的生长和再结晶。
高温环境下，晶粒可以通过长大和再结晶来调整材料的组织结构，从而减小材料的变形和蠕变行为。
晶粒生长和再结晶可以优化材料的力学性能，减弱材料的蠕变行为。
此外，扩散也是高温热蠕变的机制之一。
材料中的原子或分子在高温下可以通过扩散移动，从而导致材料的蠕变行为。
扩散对材料的蠕变变形具有重要影响，可以导致材料发生局部变形和形状变化。
掌握材料热蠕变行为的力学分析方法可以更好地进行材料设计和应用。
具体的力学分析包括以下几个方面：首先是材料的热弹性性能分析。
热弹性性能是指材料在高温下的应力-应变行为。
通过测量材料在不同温度下的力学性能，可以确定材料的热蠕变特性和材料参数，从而提供材料设计和应用的依据。
其次是材料的蠕变行为建模和预测。
通过建立材料的蠕变行为数学模型，可以预测材料在高温环境下的蠕变变形和寿命。
常用的模型包括Norton、Bailey-Norton 和Manson-Haferd等模型，这些模型可以用于预测材料的蠕变变形和寿命，从而指导材料的设计和应用。
此外，热蠕变行为的力学分析还包括材料的应力松弛分析、材料的蠕变裂纹扩展分析等。
蠕变
焊接区热影响区示意图
熔敷金属和热影 响区往往硬化，而在 热影响区和原母材取 交界附近常常发生某 种程度的软化。不同 的金属焊接时，焊接 边界和熔合区及其边 界容易出现组织和材 质方面的缺点。 另外，由于焊接 残余应力的影响，蠕 变特性也有一些变化。
2.2、较高温度或较高应力作用下
蠕变曲线的形状如同上图σ 2，T2所示 Ⅰ减速蠕变（ab段）：该段的蠕变又称β 蠕变 ε = ε 0+ β t1/3 Ⅱ稳态蠕变（bc段）：该段的蠕变又称κ 蠕变 ε = c + κ t Ⅲ加速蠕变（cd段）：该段的蠕变又称γ 蠕变,目前 尚无一致公认的表达式。 将β 蠕变与κ 蠕变相叠加，则得到这两个阶段导 致的总的蠕变应变表达式： ε = ε 0+ β t1/3 + κ t
目前比较公认的是以位错理论对蠕变做出 的解释，但目前仍然停留在定性阶段。 位错理论可以用下图来简单表示：
施加应力 各晶粒内出现位错增殖 晶内加工硬化（低温时） 温度升高 热振动、原子扩散加剧
Balance
位错相消
回复（位错易移动）
3.2、对稳态蠕变的理论解释
当这种加工硬化与回复成平衡状态时就是 稳态蠕变。 所以实际上蠕变的位错理论可以总结为是 加工硬化产生的位错增殖与回复的竞争过 程。
4.2 持久强度
持久强度：在给定温度T(℃)下，在规定时 间内t(h)内发生蠕变断裂的应力，记做
tT , 1700 30 N / mm2 10
3
一般认为，在给定温度下的持久强度和断裂 寿命有如下关系： t=Aσ –β 其中，A、β 是与试验温度、材料有关的常数。
4.3 持久塑性
晶粒大小 一般地说，在低温下，晶粒小的材料比晶 粒大的材料蠕变强度高；在高温下，晶粒大 的材料蠕变强度高；当温度介于两者之间 时，蠕变强度在某一晶粒度下最小，大于或 者小于这一晶粒度，蠕变强度都将加大。 在低温下，蠕变主要是晶内滑移引起的， 所以晶界多的细晶材料蠕变强度高；但在高 温下，蠕变主要是晶界滑移引起的，所以晶 界少的粗晶材料蠕变强度高。
材料力学蠕变分析知识点总结
材料力学蠕变分析知识点总结蠕变是材料在恒定应力条件下随时间逐渐发生形变的现象。
在工程设计和材料研究中，蠕变现象是一个重要的考虑因素。
为了更好地理解和分析材料的蠕变特性，以下是一些材料力学蠕变分析的重要知识点的总结。
一、蠕变现象及特点蠕变是指材料在一定的温度、应力和时间条件下会发生的持续性形变现象。
蠕变速率与应力和温度成正比，与时间成反比。
蠕变主要表现为静态蠕变和滞后蠕变两种类型。
静态蠕变是指恒定应力下的蠕变，在应力作用下，材料在一段时间后会逐渐发生持续性的形变。
滞后蠕变是指在持续变形状态下，应力和应变之间的关系并非瞬时稳定，而是有延迟的反应。
二、影响蠕变的因素1. 温度：温度是影响蠕变的关键因素。
随着温度的升高，材料的蠕变速率也会增加。
一般来说，高温会导致材料的结构疲劳，从而增加蠕变的可能性。
2. 应力水平：应力水平是另一个重要因素。
蠕变速率随着应力的增加而增加。
当应力水平超过一定阈值时，蠕变速率将急剧增加，导致材料的蠕变失效。
3. 材料结构：材料的结构对蠕变行为有很大影响。
晶体有序性高、晶界清晰的金属材料蠕变行为较不明显，而高聚物、陶瓷等非晶态材料则容易发生蠕变现象。
三、材料蠕变性能测试方法为了评估材料的蠕变性能，常用的测试方法有：1. 短期蠕变试验：通过施加持续载荷进行的试验，用于测定材料在短时间内的蠕变性能。
2. 长期蠕变试验：通过施加持续载荷进行的试验，用于测定材料在长时间内的蠕变性能。
3. 压缩蠕变试验：通过施加持续压缩载荷进行的试验，用于测定材料在压缩状态下的蠕变性能。
四、蠕变机制和模型1. 滑移机制：材料中的滑移是一个重要的蠕变机制。
滑移是指材料中的晶体发生移位，形成新的晶体结构，导致材料整体发生蠕变。
2. 脆性断裂机制：某些材料在蠕变过程中会出现脆性断裂现象。
脆性断裂是由于晶界结构破裂或晶体内部缺陷引起的。
3. 蠕变模型：为了更准确地描述材料的蠕变行为，研究者们提出了各种蠕变模型，如Arrhenius模型、Norton模型和力学模型等。
铝合金材料的蠕变性能分析
铝合金材料的蠕变性能分析近年来，随着现代工业技术的进展，铝合金材料已经成为了重要的结构材料之一。
由于具有优良的特性，铝合金材料的应用领域不断拓展，特别是在航空、汽车、船舶等领域得到广泛应用。
然而，铝合金材料的蠕变性能一直是其关键性能之一，因此本文将对铝合金材料的蠕变性能进行深入分析。
一、铝合金材料的蠕变特性蠕变是金属材料在高温条件下塑性变形的特殊形式。
一般情况下，蠕变是指温度超过半熔状态下的大应力、较低应变速度下的某些材料发生显著塑性变形的现象。
蠕变现象是一种重要的沉降现象，它将会极大地影响铝合金材料的长期稳定性和耐久性。
因此，铝合金材料的蠕变性能几乎是不能忽视的一个特性。
铝合金材料的蠕变特性受到许多因素的影响。
首先，高温下的材料强度降低，因此在高温下的应力水平的考虑更加显著。
其次，材料的微观结构与化学成分，例如材料的晶体学结构、缺陷和相互作用等也可能会影响蠕变行为。
另外，蠕变特性还受到试验条件的影响，例如应变速率、载荷、环境等。
二、铝合金材料的蠕变机理铝合金材料的蠕变机理主要包括三种类型：原型运动、管状运动和聚集运动。
原型运动是指在三轴应力宏观复合作用下，晶粒的发生屈服、延展、断裂等塑性变形。
原型运动发生时，材料的原型或晶粒的形状可能会发生变化。
管状运动是指形成细微管状空心结构的移动和回聚。
这种运动是短期的，一般只有几个微观级别的位移。
聚集运动是指由间隔空隙对材料的整体结构进行位移和扭曲。
铝合金材料的蠕变机理是复杂的，并且随着应用环境的变化而变化。
了解铝合金材料的蠕变机理有助于更好地理解材料的性质和使用性能。
三、铝合金材料的脆化机理分析铝合金材料的蠕变行为不仅受到材料性质的影响，同时也会受到试验条件和应变速率的影响。
因此，在选择材料和确定试验条件时应更加趋向稳定性和具有代表性的结果。
实验结果也表明，铝合金材料的蠕变行为是一个可靠的指标，能够提供至关重要的信息。
此外，铝合金材料的脆化机理也会影响到其蠕变特性。
材料的蠕变性能研究及其应用
材料的蠕变性能研究及其应用材料的蠕变性能是指材料在长时间高温和持续应力下可能发生的形变现象。
它在工程设计和材料选择中具有重要的意义。
本文将分析材料的蠕变性能研究，探讨其应用领域，并介绍一些相关的实例。
一、蠕变性能研究1. 影响蠕变的因素材料的蠕变性能受多种因素的影响，包括温度、应力、加载时间和材料的化学成分等。
温度是蠕变的主要驱动力，高温会导致材料晶体结构发生改变，从而引起形变。
应力是指材料所受到的外力，而加载时间则是指在一定的温度和应力下所作用的时间。
2. 蠕变性能的测试方法为了研究材料的蠕变性能，科学家们发展了一系列的测试方法。
其中最常见的方法是蠕变实验，通过在高温下对材料施加恒定的力来观察其变形情况。
此外，还有一些间接的测试方法，如热蠕变微观分析和差热分析等。
3. 提高蠕变抗力的方法考虑到材料在高温和应力环境下可能发生的蠕变，科学家们还提出了一系列的方法来提高材料的蠕变抗力。
例如，通过控制材料的成分和晶体结构来提高其抗蠕变能力。
此外，采用表面涂层和添加合适的合金元素也可以改善材料的蠕变性能。
二、蠕变性能的应用1. 高温材料蠕变性能的研究对于高温材料的选择和改良具有重要的意义。
例如，在航空发动机和核能设备等高温环境中，需要使用能够承受长时间高温和持续应力的材料。
通过研究材料的蠕变性能，可以选择出适合特定环境的高温材料，并进行进一步的改良。
2. 地质工程在地质工程中，蠕变性能的研究也具有重要的应用价值。
例如，在地下隧道的建设过程中，需要选择能够承受地下高温和持续应力的材料，以确保隧道的安全性和稳定性。
通过对材料的蠕变性能进行研究，可以为地质工程提供重要的参考依据。
3. 材料设计材料的蠕变性能也对于材料的设计和开发具有指导意义。
通过研究材料的蠕变行为，可以优化材料的组成和结构，以提高其抗蠕变能力。
在材料开发过程中，这种研究方法可以帮助科学家们选择最合适的材料，并对其进行优化设计。
三、实际应用案例1. 航空发动机航空发动机工作时处于高温高压环境下，材料的蠕变性能对其工作性能和寿命有着重要影响。
Abaqus蠕变详解_蠕变基础及流程
A )
B ( o ) n
Graham and Walles
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应力函数 为等效应力， n 为应力指数。Norton 幂次方法则较符合应力
分析的物理特性，Garofalo 关系式则包含 Norton、Prandtl 以及 Dorn 三种类函数 性质特性。在固定温度与负载下的蠕变行为模式，(2.3)式简化为与时间以及应力 相依函数，通常采用具有物理意义与时间有关的 Norton 幂次方法则进行蠕变分 析，其主蠕变期及第二蠕变期可表示为：
(2.2)
式中、 in 、 p 及 c 分别为弹性应变、非弹性应变、塑性应变及蠕应变。 其中 c 蠕应变可以时间 t、温度 T 及应力 之函数表示为：
c f , t , T f1 f 2 t f3 T
(2.3)
其中 f1 应力函数以及 f 2 t 时间函数通常采用下列几种假设：
带入式 (2.14) 之 sinh 函数修正，则 time-temperature 相依之蠕变行为可表达为 Garofalo 及 Arrhenius 函数所结合之 Hyperbolic-sine law 模式：
d n H A sinh( B ) exp (2.15) dt RT
一般蠕变曲线可分成三阶段： 1. 2. 3. 第一阶段为应变率随时间减少之瞬时蠕变期(Primary or Transient Creep)； 第二阶段为常数应变率之稳态蠕变期(Secondary or Steady-state Creep)； 第三阶段为试件断面颈缩造成应变率随时间快速增加之第三蠕变期 (tertiary creep)。 蠕应变率与时间关系如图 2.2 所示。
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蠕变分析
蠕变分析是一种力学分析方法，用于研究材料在长时间持续应力下的变形和破坏规律。
蠕变现象广泛存在于许多工程应用中，例如高温结构、航空发动机、汽轮机叶片、石油化工装置等。
下面我们将详细介绍蠕变分析的理论基础和应用。
蠕变现象是指在应力作用下，材料会随时间的推移而发生不可逆的形变现象。
蠕变分析的目的是通过数学模型和力学方法，描述材料在长时间、高温、大应力等复杂工况下的变形和破坏规律。
常见的蠕变分析模型包括Hunt法、Kachanov-Rabotnov关系、Norton-Bailey法等。
Hunt法是一种简单的蠕变分析模型，它建立在颜色应力理论的基础上。
该理论认为，材料的蠕变变形主要与材料中颜色应力场的分布和演化有关。
因此，可以通过描述颜色应力场的变化来模拟材料的蠕变行为。
Hunt法的主要优点是计算简单快速，但其精度相对较低，只适用于较为简单的蠕变情况。
Kachanov-Rabotnov关系是另一种常用的蠕变分析模型，它利用材料的有效应力和有效应变之间的关系来描述材料蠕变行为。
有效应力表示的是材料中的应力水平，而有效应变则表示的是材料中的应变水平。
两者之间的关系可以通过实验获得。
Kachanov-Rabotnov关系的精度较高，但需要大量的实验数据来确定关系模型。
Norton-Bailey法是一种基于流变学理论的蠕变分析模型，适用于快速蠕变和慢速蠕变两种情况。
它假设材料的蠕变行为类似于流体的流动，材料对应的阻力由材料剪切应力和材料应变率之间的关系描述。
该模型适用范围较广，但计算压力相对较高。
在进行蠕变分析时，需要考虑材料的结构、材料的温度、应力和持续时间等因素。
此外，蠕变现象还可能引起破坏，因此需要考虑材料的破坏特性。
对于实际工程应用，蠕变分析可以用于预测材料的寿命、选择材料和结构设计等方面。
总之，蠕变分析是一种重要的力学分析方法，可用于研究材料在持续应力下的变形和破坏行为。
通过选择适当的分析模型和考虑与实际场景相关的因素，可以预测材料的寿命、优化结构设计等方面，具有重要的理论和实际应用价值。