蠕变分析入门

当受应力构件的温度足够高（通常高于材料熔点开尔文温度的 30%）时，蠕变损伤机制开始发挥作用。这种损伤在应力是否循环都会发生——静态应力在足够高的温度下最终也会导致构件失效。在高温构件设计中，蠕变分析是不可忽视的重要环节。

在本节中，我们将使用 DesignLife 的 Creep Engine 和 Hybrid Load Provider 进行蠕变分析基础入门。示例复用高温 S-N 分析的数据，从最简单的最坏工况蠕变计算开始，逐步过渡到变应力变温度的蠕变评估。

示例文件准备

文件位于 \demo\designlife\15_CreepAnalysis\ 和 \demo\designlife\14_HighTemperatureSN\ 目录下，包括 creep.flo、pressure_loading.rst、temperature_history.rth、thermal_stresses.rst 等。

最坏工况蠕变计算

首先进行一个简单的最坏工况蠕变计算，仅考虑压力应力的影响。

步骤1　拖放 FE Input glyph 连接到 CAE Creep Analysis glyph，再连接 FE Display 和 Data Values Display。

步骤2　先拖 pressure_loading.rst 再拖 temperature_history.rth 到 FE Input glyph 上。

步骤3　glyph 默认使用 Larson-Miller 方法。右键 CAE Creep glyph 选择 Edit Material Mapping（点击 Yes 运行流程）。选择 LM Test data 1 拖到 Default Material 行。

Larson-Miller 方法将应力与 Larson-Miller 参数关联，该参数是寿命和温度的函数。给定应力和温度，即可计算寿命。Default Temperature 列设为 0，因为温度由 FE 分析提供。

步骤4　高亮 LM Test Data 1 并点击 View 按钮查看 Larson-Miller 曲线。

步骤5　右键选择 Edit Load Mapping。删除默认的 Time Series Load Provider，添加 Time Step Load Provider。确认唯一载荷工况配置正确。

步骤6　编辑 TemperatureLoadProvider，将 Mode 从 All 改为 Max（最坏工况使用最高温度）。

步骤7　点击 OK 并运行流程。最坏工况损伤为 3.046E-11（多个节点包括 51258）。Data Values Display 中 Temperature 列显示最大恒定温度，Life 列为历程重复次数，Life in hours 为转换为小时的寿命。

蠕变寿命非常长（近 1000 万小时，超过 1000 年），因此在最坏工况下压力载荷的蠕变贡献不显著。

热应力对蠕变的影响

接下来，我们加入热应力的影响，允许应力变化但仍使用最坏工况温度。

步骤1　将 thermal_stresses.rst 拖到 FE Input glyph 上。

步骤2　Edit Load Mapping，编辑 Time Step Load Provider，取消 Auto-Configure，移除压力载荷工况，仅保留热应力时间步。

步骤3　为加速分析，在 Properties 中设置 AnalysisGroup 属性选择部分截面。运行流程。最短寿命节点为 14174，寿命为 1.248E5 小时（约 14 年），加上循环应力产生的疲劳损伤，可能构成设计问题。

使用完整温度历程

最后，我们将 Temperature Load Provider 的 Mode 从 Max 改为 All，使用完整的温度时间历程而非最坏工况温度。

步骤1　Edit Load Mapping，编辑 TemperatureLoadProvider，将 Mode 设为 All。重新运行。最坏工况损伤节点 14174 的寿命增加到 8.977E5 小时（约 100 年），从使用最高温度的 14 年显著增加。

步骤2　通过 Advanced Edit 添加 Static Entity Subset（Ids = 14174）和 Time Series Output to Pipe，连接 XY Display glyph 查看最坏节点的应力和温度时间历程。

热应力和温度同相变化，虽然峰值应力和峰值温度同时出现，但存在大量应力和温度（因而蠕变损伤）低于最大值的长时间段。这解释了为何使用完整温度历程后寿命显著增加。

✅ 掌握了 Creep Engine 和 Larson-Miller 方法的基本使用

✅ 学会了 Hybrid Load Provider 在蠕变分析中的配置方法

✅ 了解了最坏工况温度与完整温度历程对蠕变寿命评估的影响差异