» 블로그 » 재료의 크리프 101 | 핵심 개념 + Abaqus 크리프 모델

재료의 크리프 101 | 핵심 개념 + Abaqus 크리프 모델

In this article you will read

목차

Main Article

Last updated on:

크리프는 고체 재료의 느리고 시간에 따른 변형입니다. 이 영구 변형은 응력이 재료의 항복 강도보다 훨씬 낮더라도 일정한 하중 하에서 발생합니다.

신뢰할 수 있는 부품을 설계하려면 크리프 거동을 이해하고 고려하는 것이 필수적입니다. 이 현상은 압력 용기, 보일러 튜브, 터빈 블레이드, 제트 엔진과 같은 고온 구조물에서 매우 중요합니다. 따라서 엔지니어는 다음과 같은 사항을 활용해야 합니다. 크립 시뮬레이션 장기적인 구조적 신뢰성을 예측하고 재앙적 고장을 저렴하고 효율적으로 방지합니다.

이 가이드는 필요한 이론적 기초를 제공합니다(재료의 침투) 정확한 정보를 위한 필수적이고 전문적인 지침을 제공합니다. Abaqus 크립 시뮬레이션.

 


크리프는 고체 재료의 느리고 영구적인 변형입니다. 재료가 장시간 일정한 하중과 높은 온도에 노출될 때 발생합니다.


Abaqus는 해석을 정적 해석(초기 응력 설정)과 점성 해석(시간 의존적 변형 시뮬레이션)의 두 단계로 나누어 크리프를 처리합니다. 필요한 매개변수에는 탄성 특성과 크리프 상수(A, n, m, Q)가 포함됩니다.


네, 알루미늄이나 티타늄과 같은 합금 원소는 니켈과 결합하여 석출물(초합금처럼)을 형성하는 데 필수적입니다. 이러한 석출물은 크립 변형을 원자 수준에서 전달하는 전위의 이동을 심각하게 방해하는 장벽 역할을 합니다.


Creep is a problem if the operating temperature exceeds the material’s critical homologous temperature (typically 0.4Tm) and if the predicted life falls below the design life, as determined using lifetime prediction tools like the Larson-Miller Parameter.


재료의 기본적인 구조가 크리프 거동을 결정합니다. 금속은 고온(>0.4Tm)에서 전위 및 확산 메커니즘으로 인해 크리프가 발생합니다. 고분자는 분자 사슬 운동(점탄성)으로 인해 훨씬 낮은 온도에서 크리프가 발생합니다. 세라믹은 일반적으로 높은 융점 때문에 크리프에 대한 저항성이 강하지만, 확산 크리프 메커니즘을 통해 변형됩니다.

 

What is Creep in materials? Three Stages of Creep

크리프는 고체 재료의 느리고 영구적인 변형입니다. 재료에 일정한 하중이 가해지면 발생합니다. 높은 온도 오랜 시간 동안.

크리프는 시간에 따라 변하는 비탄성 변형입니다. 작용 응력이 재료의 탄성 한계 또는 항복 응력보다 상당히 낮은 경우에도 발생합니다. 이 변형은 재료 고유의 원자 또는 분자 구조 변화로 인해 발생하기 때문에 영구적입니다. 실제로 크리프는 압력 용기, 제트 엔진, 터빈 블레이드와 같은 부품에 매우 중요합니다.

크립 변형은 일반적으로 세 가지 연속 단계를 따릅니다.

  • 1차 크립(과도기)
  • 2차 크립(정상 상태 단계)
  • 3차 크립(가속 파괴)

이러한 단계를 분석하면 엔지니어가 재료의 수명에 따른 반응을 해석하는 데 도움이 됩니다.

살금살금 기다

그림 1: 크립으로 인해 터빈 블레이드가 손상되었습니다.참조]

 

재료의 크리프 3단계

 

재료의 침투

1차, 2차, 3차의 3단계를 보여주는 일반적인 크립 곡선

1차 크립(과도기)
Primary creep occurs immediately after the initial instantaneous elastic and plastic deformation. The creep strain rate starts high, but then decreases gradually over time. This deceleration occurs because strain hardening builds up rapidly. Strain hardening involves the accumulation and tangling of dislocations, which increases the material’s internal resistance. Work hardening temporarily dominates microstructural recovery processes, which slows the deformation rate.
2차 크립(정상 상태 단계)
This stage is often the longest and most crucial part of the creep process. The material reaches a dynamic equilibrium. Consequently, the creep strain rate becomes nearly constant. This stability is achieved because the strengthening effect of work hardening is precisely balanced by dynamic recovery mechanisms. Dynamic recovery, which includes dislocation annihilation and rearrangement, continuously relieves the internal stress caused by accumulated dislocations. Numerical creep models usually focus on accurately capturing this major stage.
3차 크립(가속 파괴)
In the final, most critical phase, the strain rate accelerates exponentially until the material ruptures. This acceleration signifies progressive internal degradation of the material. Damage mechanisms include void nucleation and growth (cavitation), especially at grain boundaries, microcrack formation, and in some cases, geometric instability like necking/localization. The formation and growth of these defects reduce the effective load-bearing cross-sectional area, leading to failure.
크립 기초에 대한 가장 흔한 질문


Creep is generally considered an irreversible, inelastic process for metals. However, some materials like concrete and viscoelastic polymers exhibit partial recovery when the load is removed. For metals, creep is plastic deformation that lacks recoverability. Conversely, materials like concrete exhibit creep recovery when the load is removed, but this recovery is never complete. Polymers also show viscoelastic creep, characterized by both elastic (recoverable) and viscous (permanent) components.


Creep susceptibility depends on the homologous temperature (T/Tm), which is the ratio of operating temperature to the melting temperature. Most engineering metals require temperatures greater than 0.4Tm to creep. Creep is driven by thermally activated processes, such as atomic diffusion. For most metals, the energy barriers for atomic movement are only overcome at high temperatures, typically above half their melting point (0.5Tm). However, polymers and certain low-melting-point metals can experience significant creep closer to ambient conditions because they have much lower energy barriers for molecular rearrangement or diffusion.


Creep is primarily tested by applying a constant load or constant stress to a specimen at a specific, elevated temperature for a prolonged duration, often months or years. In a standard test, the specimen is loaded (creating instantaneous strain) and placed in a furnace to maintain a specific temperature (e.g., 50%Tm). The resulting elongation (strain) is then monitored over time. Testing uses two main methods: 1. Constant Load Method: The applied load stays constant, causing the stress to increase gradually as the cross-sectional area decreases during deformation. 2. Constant Stress Method: The applied force is adjusted dynamically to ensure the stress remains constant, even as the cross-sectional area changes. This method often eliminates the tertiary stage of creep on the curve.

 

Why Does Creep Occur in Materials? The Physics Behind Creep

크립은 근본적으로 다음에 의해 발생합니다. 열적으로 활성화된 결함의 운동 재료 구조 내에서. 고온에서 이러한 결함(주로 공석 그리고 탈구) 움직이고 재배열되어 지속적인 스트레스를 받으면 영구적인 부담을 유발합니다.

재료의 크리프는 단순한 거시적 파손이 아니라 미세구조 물리학에 의해 발생하는 복잡하고 비가역적인 과정입니다. 부품이 임계 상동 온도(일반적으로 0.4T) 이상의 온도에서 작동할 때,), 원자 또는 미세구조 과정을 활성화하는 데 충분한 열에너지가 제공됩니다. 이 에너지는 결정 결함이 국소 에너지 장벽을 극복할 수 있도록 합니다.

따라서 영구 변형은 결정 격자와 입자 구조 내에서의 세 가지 주요 이동 범주에 의해 결정됩니다.

  1. 전위 운동: 선 결함(전위)이 결정 격자를 통과하여 오르막길과 미끄러짐을 통해 이동합니다.
  2. 원자 확산: 격자 또는 결정립 경계를 따라 원자나 공석이 이동하는 현상입니다.
  3. 결정립계 슬라이딩(GBS): 인접한 입자의 상대적인 접선 운동.

지배적인 메커니즘은 특정 응력 및 온도 조건에 크게 의존합니다. 어떤 메커니즘이 변형률을 제어하는지 이해하는 것이 의미 있는 분석을 수행하는 첫 번째 단계입니다. 크립 시뮬레이션.

여러 열 활성화 공정이 이러한 재료 분해를 촉진하기 때문입니다. 그 결과 재료의 침투 단일 요인에 의해 제어되는 경우는 드뭅니다. 실제로 거시적 변형률은 가해진 응력, 온도, 그리고 미세구조(예: 입자 크기)의 특정 상호작용에 크게 좌우됩니다. 그러므로, 신뢰할 수 있는 수행을 위해 크립 시뮬레이션, 엔지니어는 각각의 주요 물리적 과정을 지배하는 기본적인 운동 법칙을 엄격하게 정의해야 합니다. 다음 절에서는 전위 크리프와 확산 크리프를 포함한 이러한 필수 메커니즘을 자세히 설명하며, 이는 재료의 시간 의존적 반응을 결정합니다.

Diffusion-Controlled Creep (Low Stress/Nabarro-Herring and Coble)

확산 과정은 고온 및 저응력에서 크립 반응을 지배합니다.

  • 나바로-헤링 크립(격자 확산):이 메커니즘은 결정 격자를 통한 원자 확산(벌크 확산)을 수반합니다. 이러한 이동은 응력에 의해 유도된 공극 구배에 의해 구동됩니다. 따라서, 크립 변형률은 다음과 반비례합니다. 입자 크기의 제곱 (재료의 침투).

재료의 침투

어디 재료의 침투 는 변형률 속도, σ는 가해진 응력, d는 입자 크기, Qd는 확산을 위한 활성화 에너지, R은 보편 기체 상수, T는 절대 온도, A1은 재료에 따라 달라지는 상수입니다.

  • 코블 크립:이 메커니즘은 결정립계를 따라 집중된 원자 이동을 수반합니다. 코블 크리프는 미세립 재료에서 우세합니다. 그러므로, 변형률은 다음과 반비례합니다. 입자 크기의 입방체 (재료의 침투).

Dislocation Creep (Power Law Creep/Norton’s Law)

전위 크리프는 중간에서 높은 응력 수준에서 변형을 제어합니다. 전위 크리프는 전위의 이동을 특징으로 합니다. 전위는 활주(glide)와 열 활성화를 통해 이동합니다. 오르다.

클라임은 전위가 격자와 공극을 교환함으로써 장애물을 우회할 수 있도록 합니다. 정상 상태 변형률 속도는 노턴의 거듭제곱 법칙을 따르며, 이 법칙에서 변형률은 응력의 n승에 비례합니다. 전위 크리프의 경우, 응력 지수는 일반적으로 3에서 8 사이입니다.

재료의 침투

이 방정식은 온도(T)에 대한 지수적 종속성과 응력에 대한 비선형적 종속성을 명확하게 보여줍니다.재료의 침투), 여기서 응력 지수는 다음과 같습니다.

Solute Drag Creep

용질 드래그 크립은 용질 원자가 전위 운동에 가하는 저항을 특징으로 하는 메커니즘입니다. 용질 원자는 전위 핵 주위에 모여서 코트렐 분위기결과적으로, 전위가 이 클러스터에서 분리되려면 더 높은 에너지가 필요합니다. 이 메커니즘은 전위 이동에 필요한 유효 활성화 에너지를 증가시켜 크리프 저항성을 향상시킵니다.

 

크리프 미세구조 메커니즘에 대한 가장 흔한 질문


결정립 크기는 크리프 저항성에 복잡하고 반비례하는 영향을 미치는데, 이는 주로 지배적인 메커니즘에 따라 달라집니다. 이러한 관계는 격자 확산(나바로-헤링) 또는 결정립계 확산(코블) 중 어느 것이 크리프 저항성을 제어하는지에 따라 크게 달라집니다.

Different diffusion mechanisms exhibit distinct grain size dependencies: Nabarro-Herring Creep (Lattice Diffusion): The creep strain rate is inversely proportional to the square of the grain size (∝d-2). Consequently, larger grains resist creep better in this regime. Coble Creep (Grain Boundary Diffusion): This mechanism dominates in fine-grained materials. The creep strain rate is inversely proportional to the cube of the grain size (∝d-3). Therefore, creep accelerates rapidly as grain size shrinks in this regime.


파단으로 이어지는 가속 변형(3차 크리프)은 주로 미세구조 손상에 의해 발생합니다. 이러한 손상에는 내부 미세공극(보이드)의 형성 및 성장과 그에 따른 미세균열 발생이 포함됩니다.

  • 공극 핵 생성 및 성장: 미세 공극은 경계와 개재물에서 핵 생성되며 원자 확산과 국부적 소성 변형으로 인해 성장합니다.
  • 미세균열 형성: 공극이 합쳐져 미세균열을 형성하여 파손을 더욱 가속화합니다.
  • 결정립 경계 슬라이딩: 결정립 경계를 따라 슬라이딩이 증가하면 응력 집중과 손상이 심화됩니다.
  • 네킹 및 국소화: 단면적의 거시적 감소(네킹)는 응력을 집중시켜 국부적 변형과 결국 파단을 초래합니다.


Norton’s Law describes the constant strain rate during the secondary creep stage only. Time-Hardening and Strain-Hardening models are more complex viscoplastic frameworks that incorporate time or accumulated strain to capture the transient primary creep phase.

  • Norton-Bailey 법칙: 이 간단한 거듭제곱 법칙(ϵ˙ = A(T)σN)는 정상 상태(2차) 크리프 속도만 모델링합니다. 변형률 속도는 응력과 온도에만 의존한다고 가정합니다.
  • 시간 경화 법칙: 크리프 속도는 경과 시간과 응력(ϵ˙)에 따라 명확하게 달라집니다. ∝ σN 티엠-1). 결과적으로 재료 저항은 실제 축적된 변형률과 관계없이 시간에 따라서만 증가합니다.
  • 변형 경화 법칙: 크리프 속도는 누적된 크리프 변형률(ϵ˙)에 따라 달라집니다. ∝ σN ϵ). 이 모델은 재료 저항이 변형 이력에 따라 달라지므로 응력이 시간에 따라 변하는 상황에 일반적으로 더 적합합니다.

How Does Abaqus Handle Creep Simulation?

Abaqus는 분석을 두 개의 순차적 단계로 나누어 크립을 처리합니다. 공전 (초기 스트레스를 확립하기 위해) 및 비스코 (시간 의존적 변형을 시뮬레이션하기 위해). 필요한 매개변수에는 탄성 특성과 크리프 상수(에이,N,,큐).

  1. FEA 단계 설정:크립 분석에는 초기가 필요합니다. 정적 단계 적용된 하중 하에서 순간 응력 상태를 평가합니다. 이 응력 상태는 다음으로 가져옵니다. 비스코 스텝, 이는 필요한 장시간(예: 1,000시간) 동안 시간에 따른 크립 동작을 평가합니다.
  2. 재료 매개변수:표준 탄성 특성(영률 및 푸아송 비)을 입력해야 합니다. 크리프의 경우, 거듭제곱 법칙 승수(A), 응력 지수(n), 시간/변형률 지수(m 또는 p), 그리고 종종 활성화 에너지(Q)와 같은 상수가 필요합니다.

지금까지 크리프 해석을 위한 수많은 모델이 개발되었으며, Abaqus 크리프는 최고의 크리프 해석 모델 중 일부를 포함하고 있습니다. 다음 절에서는 이러한 모델 중 일부를 소개합니다.

Time Hardening law

하중을 가하는 동안 온도 또는 응력 조건이 변하는 경우, 경화 조건을 고려해야 합니다. 이러한 조건 중 하나는 시간에 비례하는 경화입니다. 이 경우, 시간에 따른 크리프 변형률 변화에 대한 관계를 얻을 수 있습니다. Abaqus 크리프가 크리프 해석을 위해 제공하는 모델 중 하나는 시간 경화 법칙입니다. 이 모델은 시간에 따른 경화를 고려하며, 그 관계는 다음과 같습니다.

재료의 침투

Time Power law

언급된 시간 경화 모델은 응력 변화 시 크리프를 정확하게 예측할 수 없습니다. 또한, Abaqus 소프트웨어에서 이 방법을 사용하면 계산 문제에 직면할 수 있습니다. 이러한 이유로, 시간 경화 법칙의 대안으로 시간 거듭제곱 법칙이 개발되었으며, 이는 Abaqus 소프트웨어에서 계산 문제를 일으키지 않습니다. 이 모델은 다음과 같은 관계식을 사용하여 크리프를 예측합니다.

재료의 침투

Strain Hardening law

시간 경화 법칙과 유사하게, 이 모델은 크리프가 경화를 동반하는 경우에도 사용됩니다. 그러나 이 모델은 응력이 시간에 따라 변하고 일반적으로 낮은 응력 수준에서 발생하는 상황에 특히 적합합니다. 이 법칙에 따른 크리프 예측 관계는 다음과 같습니다.

재료의 침투

Creep power law

Abaqus에서 시간 경화 법칙과 같은 변형률 경화 법칙을 이용한 크리프 해석은 계산상의 문제가 있으며, 때로는 Abaqus가 이 모델을 사용하여 크리프 문제를 해결하지 못할 수도 있습니다. 이러한 이유로 크리프 거듭제곱 법칙을 활용할 수 있습니다. 이 법칙은 변형률 경화 법칙과 유사하게 응력 변화로 인해 변형률 경화 관계가 존재하는 상황에서 크리프를 예측할 수 있습니다. 또한, 크리프 거듭제곱 법칙을 사용하는 것과 관련된 계산상의 문제가 없습니다. 크리프 거듭제곱 법칙은 크리프 예측에 가장 적합하고 실용적인 모델 중 하나로 인정받고 있습니다. 다음 관계는 크리프 거듭제곱 법칙을 사용하여 크리프를 예측하는 데 사용됩니다.

재료의 침투

Abaqus creep subroutine

Abaqus는 매우 강력한 유한 요소 소프트웨어이지만, 때때로 사용자는 Abaqus에 미리 구성되어 있지 않은 요구사항을 충족해야 할 수도 있습니다. 이 문제를 해결하기 위해 Abaqus는 서브루틴 사용을 권장합니다. 사용자는 미리 정의된 형식의 서브루틴을 활용하여 특정 요구사항을 충족할 수 있습니다.

Abaqus에는 크리프 해석을 위한 다양한 모델이 제공되며, 그중 일부는 이전 섹션에서 살펴보았습니다. Abaqus 사용자는 경우에 따라 크리프 해석을 위해 특수 모델이나 고급 모델을 사용해야 할 수 있습니다. 이러한 사용자에게는 Abaqus 크리프 서브루틴 사용을 권장합니다. Abaqus 크리프 서브루틴을 활용하면 Abaqus 내에서 복잡한 크리프 해석 문제를 시뮬레이션하는 데에도 도움이 될 수 있습니다.

이미 알고 계시듯이, 크리프는 공학에서 매우 중요한 현상입니다. 따라서 이 현상을 이해하고, 크리프 해석을 수행하고, 크리프의 영향 요인을 파악하고, 크리프를 예측하고 시뮬레이션하는 방법을 찾는 것은 매우 중요합니다. 저비용 부품의 크리프를 예측하는 한 가지 방법은 Abaqus에서 크리프 해석을 수행하는 것입니다. 하지만 아시다시피 이 방법 역시 복잡성을 수반합니다.

저희 무료 블로그를 읽어보시면 아바쿠스 서브루틴 작성법을 처음부터 배우실 수 있습니다. Abaqus 서브루틴을 작성하는 방법은 무엇인가요? 

이러한 이유로 저희 팀은 튜토리얼 교육 패키지 형태로 귀하의 모든 요구 사항을 충족하기로 결정했습니다.

Do Cyclic Loads Accelerate Creep Compared to Steady Loading?

네, 하중이 가변적일 때 경화 모델 선택은 매우 중요하며 계산된 크리프율에 영향을 미칩니다. 가변 응력 하에서 시간 경화 모델과 변형 경화 모델이 생산할 것이다 다른 결과.

응력이 일정할 때, 시간 경화 모델과 변형 경화 모델은 모두 동일한 크리프 변형 결과를 산출합니다. 하지만, 시간에 따라 견인력이 변하는 경우(진폭 함수 사용), 두 모델은 서로 다른 재료 반응을 나타냅니다. 이러한 차이는 가변 하중이 손상 축적을 가속화하여 부품 수명에 영향을 미칠 수 있기 때문에 매우 중요합니다.

I’m Seeing Too Much Deformation Early in My Abaqus Creep Simulation—What Might Be Causing That?

과도한 초기 변형은 특히 잘못 공식화되거나 오래된 크립 모델을 사용하여 발생하는 경우가 많습니다. 명시적 시간 의존성.

엔지니어는 시간에 명시적으로 의존하는 특정 모델(예: 시간 거듭제곱 법칙, 모델 8)을 피해야 합니다. 이는 다음과 같은 결과를 초래할 수 있습니다. “"이상한" 또는 "어리석은" 반응. 예를 들어, 장시간 무부하 상태로 방치된 표본은 시간이 지났다는 이유만으로 부하가 걸렸을 때 다르게 반응합니다. 더욱이, 시간 법칙 그리고 변형 법칙 더 나은, 더 잘 구성된 버전이 존재하기 때문에 피해야 합니다. 크립 파워 법칙 (변형률 의존 모델).

What Are the Pros and Cons of Using a User-Defined CREEP Subroutine?

서브루틴(예: Abaqus CREEP 서브루틴)을 사용하면 엔지니어가 내장 라이브러리에서 사용할 수 없는 복잡하고 사용자 정의 가능한 고급 크리프 모델을 구현할 수 있습니다. 하지만 이러한 모델을 구현하려면 포트란과 같은 코딩 전문 지식과 광범위한 검증이 필요합니다.

Abaqus는 표준 크리프 해석을 위한 내장 모델을 제공합니다. 그래도 여전히, 특수 또는 고급 모델이 필요한 사용자의 경우, Abaqus는 사용자 서브루틴 기능을 활용할 것을 권장합니다. 서브루틴은 터빈 블레이드의 세타 투영법과 같은 복잡한 크리프 해석 문제를 해결하는 데 필수적입니다.

Engineering for Longevity: Design and Life Prediction

크리프 거동에 대한 엄격한 시뮬레이션은 엔지니어링 솔루션의 일부에 불과합니다. 성공적인 고온 설계를 위해서는 수명 보장과 구조적 파손 방지라는 두 가지 측면에 모두 집중해야 합니다. 첫 번째, 엔지니어는 재료의 본질적인 저항성을 사전에 개선해야 합니다. 재료의 침투 실패.

여기에는 영구 변형에 필요한 활성화 에너지를 증가시키도록 설계된 정교한 미세 구조 전략이 포함됩니다. 두번째, 신뢰성을 확보하려면 잔여 사용 수명을 정확하게 예측해야 합니다. 이 단계는 안전한 작동 한계를 설정하고 심각한 파열을 방지하기 위해 필요합니다. 그러므로, 이 섹션에서는 중요한 강화 메커니즘(섹션 4.1)과 필요한 경험적 및 수학적 도구를 살펴봅니다. 크립 수명 예측 (4.2절).

Strengthening Mechanisms

  • 강수 강화:이 방법에는 다음과 같은 미세하고 안정적인 침전물을 도입하는 것이 포함됩니다. 재료의 침투 니켈 기반 초합금의 상. 이러한 석출물은 전위 이동에 강력한 장벽 역할을 합니다. 전위는 종종 이 석출물을 우회해야 합니다. 오로완 루핑 메커니즘. 이 우회 메커니즘은 다음을 생성합니다. 역치 응력 (재료의 침투) 극복해야 할 문제입니다. 따라서, 크리프를 유발하는 유효 응력이 감소하여 크리프 속도가 크게 감소합니다.
  • 고용체 강화:용질 원자는 격자 변형을 유발하여 전위의 상승과 활주를 방해합니다. 이러한 용질은 전위에 항력을 발생시키고 용질-공석 복합체를 형성하여 유효 확산 계수를 감소시킵니다. 이러한 상호작용은 크립 과정에 필요한 활성화 에너지를 효과적으로 증가시킵니다.

Creep Lifetime Prediction

엔지니어는 실패에 필요한 시간을 추정하기 위해 경험적 모델을 사용합니다(t아르 자형) 서비스 조건에서.

일반적으로 크리프 수명은 부품이 파손되기 전까지 크리프를 견딜 수 있는 시간을 의미합니다. 크리프 수명을 추정하는 데에는 다양한 모델이 있으며, 여기서는 가장 잘 알려진 몇 가지 모델을 살펴보겠습니다.

Larson Miller Estimation Model

이 모델은 Larson-Miller 매개변수를 기반으로 크리프 수명을 추정합니다. 이 매개변수는 크리프 파단 데이터에서 도출되며, 온도와 크리프 파단에 필요한 시간 사이의 관계를 나타냅니다. 식 (1)은 크리프 파단 시간(t아르 자형) Larson-Miller 매개변수(P)의 관점에서엘엠), Larson-Miller 상수(C엘엠), 및 온도(T).

재료의 침투

재료의 침투

그림 6: 응력 기반 Larson-Miller 매개변수 값 [참조]

앞서 언급했듯이 이 방법에서는 경험적 데이터를 사용하여 Larson-Miller 매개변수를 얻습니다.

Orr-Sherby-Dorn Estimation Model

Larson-Miller 모델과 유사하게, Sherby-Dorn 모델은 Sherby-Dorn 매개변수를 기반으로 크리프 수명을 추정합니다. 이 매개변수 역시 경험적 데이터에서 도출됩니다. 이 모델의 방정식에서 크리프 파단 시간은 Sherby-Dorn 매개변수(POSD), 온도(T), 활성화 에너지(Q) 및 보편 기체 상수(R).

재료의 침투

Polynomial Estimation Models

크리프 해석에는 다른 모델을 기반으로 크리프 수명을 추정하는 모델이 있습니다. 이러한 모델은 다항식 모델입니다. 예를 들어, 다항식 라슨-밀러 모델은 라슨-밀러 모델을 기반으로 작동합니다. 이 접근법의 차이점은 라슨-밀러 매개변수를 구하기 위해 경험적 데이터를 사용하는 대신 다항식을 사용한다는 것입니다.

재료의 침투

크리프 해석에 도움이 되는 크리프 수명 추정 방법은 다양합니다. 특히 다항식 모델은 이론적 관계식을 기반으로 하기 때문에 Abaqus의 크리프 서브루틴을 사용하여 Abaqus의 크리프 해석에도 사용할 수 있습니다.

결론

크리프 변형은 지속적인 응력과 고온에서 작동하는 재료에 있어 주요 엔지니어링 과제입니다. 정확한 크립 시뮬레이션 자세한 물리학을 통합해야 합니다. 재료의 침투 (확산, 전위 이동, 공극 성장) 및 FEA 솔버의 특정 수치적 요구 사항.

성공적인 시뮬레이션은 적절한 현대 모델(예: 크립 파워 법칙)을 사용하는 데 달려 있습니다. 오래되거나 명백히 시간에 따라 달라지는 법률을 적극적으로 피함 내재적인 계산 문제로 인해 궁극적으로 재료 저항은 미세 구조 설계에 의해 결정되며, 이는 재료의 활성화 에너지를 증가시키고 전위의 이동을 억제하는 장애물(석출물이나 용질 원자 등)을 만드는 데 중점을 둡니다.

모든 수준의 사용자를 위한 무료 PDF 가이드와 자세한 동영상이 포함된 포괄적인 Abaqus 튜토리얼 페이지를 살펴보세요. 무료 및 프리미엄 패키지와 함께 Abaqus를 효율적으로 마스터하는 데 필요한 필수 정보를 확인하세요. Abaqus 여정을 시작하세요. Abaqus 튜토리얼 지금!

 

Related 조항

Author

앨빈 몰버그

Alvin Molberg is a distinguished expert in Mechanical Engineering and a pivotal figure at CAE Assistant, where he serves as the Training Manager. With advanced degrees from the University of Michigan and New Mexico State University, Alvin specializes in complex fields including composite materials, aerospace engineering, and additive manufacturing. His deep proficiency in Abaqus and finite element analysis allows him to master advanced subroutines for specialized industrial applications. Dedicated to bridging the gap between theory and simulation, he develops comprehensive training packages that empower engineers worldwide to resolve complex technical hurdles and optimize high-performance materials in modern aerospace and research sectors.

Your 댓글

답글쓰기

엔지니어링에서 크리프 현상은 고온에서 일정한 하중이나 응력(일반적으로 항복 응력보다 낮음)을 받을 때 시간이 지남에 따라 재료에 발생하는 점진적인 변형 또는 변형을 의미합니다. 이는 시간 의존적인 과정으로, 설계 고려 사항에서 적절히 고려되지 않으면 재료의 영구 변형 및 파손으로 이어질 수 있습니다. 크리프 해석은 지속적인 하중과 고온에서의 재료 거동을 이해하는 엔지니어링에 필수적입니다. 변형 및 잠재적 손상을 예측하여 안전하고 신뢰할 수 있는 구조물을 보장합니다. 발전 및 항공우주 산업과 같은 산업은 부품의 장기적인 안전성과 내구성을 위해 크리프를 고려하는 것이 유리합니다. 이 교육 과정에서는 크리프 현상과 관련 내용을 학습하고, Larson-Miller와 같은 시스템 부품의 크리프 수명을 추정하는 여러 방법을 배우게 됩니다. 또한, 크리프 시뮬레이션을 위한 모든 Abaqus 모델(시간 경화 법칙 및 변형 경화 법칙 등)과 크리프 서브루틴을 설명합니다. 또한, 이러한 시뮬레이션을 수행하는 방법을 알려주는 실제 예제도 제공됩니다.

크리프는 작동 온도와 응력이 장시간 높은 많은 구성 요소에서 가장 중요한 고장 모드 중 하나입니다. Abaqus와 같은 상용 분석 소프트웨어의 기존 크리프 모델은 크리프의 모든 단계, 즉 1차, 2차 및 3차 단계를 모델링하기에 적합하지 않습니다. 세타 투영 방법은 모든 크리프 단계, 특히 변형률 속도가 높아 내부 손상 및 파괴로 이어지는 3차 단계를 예측하는 데 편리한 방법으로 입증되었습니다. 이 프로젝트의 목적은 세타 투영 방법을 사용하여 구성 요소의 크리프를 모델링하는 Abaqus용 사용자 서브루틴을 개발하는 것입니다. (RWEvans, 1984)가 개발한 경화, 회복 및 손상과 같은 내부 상태 변수의 누적을 기반으로 하는 세타 투영 방법의 구성 모델을 채택하여 사용자 서브루틴용 Fortran 코드를 컴파일합니다. 사용자 서브루틴은 테스트 케이스를 통해 검증하고 결과를 실험 크리프 데이터와 비교합니다. 그런 다음 Abaqus에서 사용자 서브루틴을 통해 샘플 가스터빈 블레이드의 크립 분석(터빈 블레이드 크립)을 수행하고 결과를 해석합니다.

테스트 케이스 결과는 Abaqus의 기존 크리프 모델(터빈 블레이드의 크리프 파손)보다 세타 투영법이 크리프의 모든 1차, 2차, 3차 단계를 예측하는 데 있어 정확성을 검증합니다. 강건 가중 최소 제곱 회귀 재료 상수를 사용하여 보간 및 외삽 응력 및 온도 조건에서 얻은 결과는 기존 모델보다 적은 입력 데이터로 크리프 모델링이 편리함을 보여줍니다. 크리프 해석 결과는 크리프 수명을 예측할 뿐만 아니라 내부 손상 누적도 나타냅니다. 따라서 사용자 서브루틴을 통해 다양한 하중 조건에서 구성품의 크리프 모델링을 수행하면 더욱 신뢰할 수 있는 크리프 수명 예측을 도출할 수 있으며, 설계 초기 단계에서 개선이 필요한 높은 크리프 변형률 영역을 파악할 수 있습니다.