[发明专利]一种描述蠕变变形的方法

摘要

一种描述蠕变变形的方法，它是一种能完整描述3个阶段蠕变变形的方法，步骤如下一、将试验得到的不同温度和应力下的蠕变曲线归一化；二、对曲线的第2阶段进行拟合，得到η1，η2，η3；三、拟合得到η4，η5；四、将ηi该i＝1,2,3,4,5，表示为温度和应力的函数，将ηi该i＝1,2,3,4,5表示为无量纲应力σ/σ0.2与无量纲温度T/Tm的函数；五、将该方法与有限元软件结合，编写usercreep子程序；六、选择适当的适用于变载情况下的蠕变模型；七、建立实际结构的有限元模型，进行蠕变变形计算和应力松弛行为分析；所发明的蠕变变形方法，解决了当前常用的蠕变模型描述蠕变曲线的不足，同时针对变载情况，在子程序中实现3种变载模型。

主权项

一种描述蠕变变形的方法，其特征在于：它是一种能完整描述3个阶段蠕变变形的方法，所述的“3个阶段”是指：第1阶段由于变形引起加工硬化导致蠕变速率随时间不断降低，称为初始蠕变阶段；第2阶段蠕变速率不随时间变化，即稳态蠕变阶段；第3阶段蠕变速率随时间增大直至断裂，称为加速蠕变阶段，其具体步骤如下：步骤一：将试验得到的不同温度和应力下的蠕变曲线归一化；用试验得到的不同温度和应力下的蠕变曲线的时间坐标除以该温度和应力下的持久断裂时间，则所有曲线的横坐标均为归一化时间坐标ζ＝t/tc，ζ∈[0,1]；ζ为无量纲时间，tc为给定温度和应力下的持久寿命；步骤二：对曲线的第2阶段进行拟合，得到η1，η2，η3；η1、η2、η3分别为蠕变3个阶段的蠕变量；对每条曲线第2阶段进行拟合，若曲线第2阶段较为明显，则得到直线方程y＝kx+b，否则，根据最小蠕变率点得到直线方程；得到的一组k值则为不同应力和温度下的一组η2值，即归一化坐标下的稳态蠕变应变率及最小蠕变率；拟合直线中的b值即η1，继而得到η3＝εr‑η1‑η2，εr为断裂时的蠕变应变；步骤三：拟合得到η4，η5；η4、η5分别控制蠕变第1阶段和第3阶段的变化快慢，且η5>1；然后由已得到的参数η1，η2，η3，根据表达式蠕变应变量及对每条曲线进行拟合得到η4，η5；步骤四：将ηi表示为温度和应力的函数；i＝1,2,3,4,5；将ηi表示为无量纲应力σ/σ0.2与无量纲温度T/Tm的函数；i＝1,2,3,4,5；步骤五：将该方法与有限元软件结合，编写usercreep子程序；利用通用有限元软件ANSYS中usercreep子程序，将步骤一～步骤四得到的表达式写入子程序中，以达到计算实际结构蠕变变形的目的；对所编写的子程序进行编译连接后，在ANSYS主程序中调用子程序即能用所发明的方法对实际结构进行蠕变变形计算；步骤六：选择预定的适用于变载情况下的蠕变模型；在usercreep子程序中实现3种不同的适用于变载情况下蠕变模型：时间硬化模型，相对时间硬化模型，应变硬化模型；时间硬化模型为当载荷在t时刻变化，由σ1,T1变到σ2,T2，t时刻后的蠕变曲线由σ2,T2状态下t时刻后的蠕变应变曲线上下平移得到；相对时间硬化模型为当载荷在t时刻变化，由σ1,T1变到σ2,T2，t时刻后的蠕变曲线由σ2,T2状态下t2＝t×tc,1/tc,2时刻后的蠕变曲线平移得到，tc,1和tc,2分别表示σ1,T1和σ2,T2状态下的持久寿命；应变硬化模型为载荷在t时刻变化，由σ1,T1变到σ2,T2，t时刻后的蠕变曲线由σ2,T2状态下产生与前一状态相同的蠕变应变所对应的时间之后曲线左右平移得到；步骤七：建立实际结构的有限元模型，进行蠕变变形计算和应力松弛行为分析；对实际结构在CAE前处理软件中建立有限元模型；由于应力松弛行为属于变载条件下的蠕变行为，能通过所编写的usercreep子程序进行计算分析；在ANSYS主程序中调用所编写的usercreep子程序，同时输入所求得模型参数值，对实际结构进行有限元数值模拟，计算蠕变变形和应力松弛行为。