全球首次在ANSYS Workbench下实现ASME Code Case 2605蠕变疲劳分析并验证
2017-4-16 Kenny Shen
全球首次（如发现早于我们在WB下实现的报道请告知我们更正）在ANSYS Workbench下实现ASME Code Case 2605蠕变疲劳分析并验证。编程容易，重点是如何验证程序的正确性。Code Case 2605的损伤本构对压力和温度的变化是高度敏感的，即压力和温度的小幅变化会引起结果的大幅变化，这种情况下，程序的正确性和精度尤为重要。从近期，一些知名工程公司和软件公司来电话或来清华向我咨询的情况来看，目前这一块大家还没有很好地解决。
石化行业的装置正朝着高参数，大型化的方向发展，越来越多承压设备的载荷条件将会在大范围内进行周期性波动，并服役于高温疲劳环境。当承压设备在蠕变温度以下承受循环载荷时，通常可依据ASME VIII-2（可参阅《ASME压力容器分析设计》华东理工大学出版社2014）完成疲劳失效的评定。然而，当设计许用应力与温度有关且最小拉伸强度大于552MPa时，并不能使用现行VIII-2中的第5.5.2.3条A法进行疲劳分析的免除，也不能使用第5.5.2.4条的B法，因为B法需要使用到的设计疲劳曲线仅限于371℃以下。ASME Code Case 2605（可参阅《压力容器分析设计与工程应用》清华大学出版社2016），其满足了石化行业对2.25Cr-1Mo-V钢设备蠕变疲劳寿命评定的迫切需求。
以下简单展示下在WB下进行某例验证的云图（关于验证的更多细节，未来会拟文发表）。
图1 蠕变应变的云图（云图显示的数值已验证）
图2 损伤的云图（云图显示的数值已验证）
石化行业的装置正朝着高参数，大型化的方向发展，越来越多承压设备的载荷条件将会在大范围内进行周期性波动，并服役于高温疲劳环境。当承压设备在蠕变温度以下承受循环载荷时，通常可依据ASME VIII-2（可参阅《ASME压力容器分析设计》华东理工大学出版社2014）完成疲劳失效的评定。然而，当设计许用应力与温度有关且最小拉伸强度大于552MPa时，并不能使用现行VIII-2中的第5.5.2.3条A法进行疲劳分析的免除，也不能使用第5.5.2.4条的B法，因为B法需要使用到的设计疲劳曲线仅限于371℃以下。ASME Code Case 2605（可参阅《压力容器分析设计与工程应用》清华大学出版社2016），其满足了石化行业对2.25Cr-1Mo-V钢设备蠕变疲劳寿命评定的迫切需求。
ASME Code Case 2605给出了一个基于欧米伽方法的蠕变损伤本构，将结构的损伤和应变率关联起来。这是与以往一般的分析设计最大的不同。通用商业有限元软件并没有提供此本构模型，需要设计人员设法嵌入到相关的有限元程序中。但这并不仅是编程那么简单，如果只会编程，而未深刻理解了其理论背景和技术要点，想正确实施该方法，那还是比较困难的。目前，国内少数几个大院仍在摸索、开发中，更尚未得到验证。
后续我们将拟文深度阐述Code Case 2605的方方面面，比如其在两种单位制四种温标下的转化和计算。后续会提供一些基准案例（Benchmark），一方面为国内规范修订提供评估和参考，另一方面，供国内其它开发单位作比对之用。
目前，国内还没有关于蠕变疲劳问题的设计规范，对于工程中压力容器的蠕变疲劳问题，解决方案之一是使用ASME Code Case2605，可用于482℃以下的2.25Cr-1Mo-V钢。后续我们将为国内几家知名单位提供包括技术评审在内的蠕变疲劳分析设计（可基于2605/NH /R5等）全程服务。如果业内中小企业有相关需求，也可以联系我们，QQ 495661550，KennyShen@vip.163.com。
未来我们加陆续加入一些原创的技术，在引进、消化的基础上，也陆续做出一些自己的特色来。最后欢迎加入设备圈——一个低频、小众、有深度的技术社区。
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