蠕变疲劳 — CAE用语解说

正是如此。蠕变（高温下随时间缓慢变形的现象）和疲劳（重复荷载导致的损伤）同时或交替作用的损伤机制就是蠕变疲劳。燃气轮机的叶片和喷嘴导向叶片是典型例子——在起飞、巡航、着陆的飞行循环中温度上下变化过程中，应力变动（疲劳）和高温保持中的变形（蠕变）重叠。单纯的疲劳评价，或者仅凭蠕变评价，往往会得出危险的结果。

常用线性损伤法则（Robinson法则）。分别计算蠕变损伤D_c = sum(t_i/t_r_i)（保持时间/断裂时间）和疲劳损伤D_f = sum(n_i/N_i)（循环次数/断裂循环次数），然后评价D_c + D_f ≦ 1。但是这种线性法则有时过于保守，有时又不够安全，实际上会发生"蠕变-疲劳相互作用"，损伤可能加速也可能减缓。ASME BPVC（Sec.III Division1、Code Case N-47）规定了针对核动力装置的详细评价公式。

时间尺度相差太大。疲劳是秒~分级别的循环，蠕变是时间~年级别的变形。逐循环进行FEM分析，数万个循环在计算上是不现实的。实际做法是——①仅对1个循环进行详细FEM分析，求得应力-应变历史，②用该结果和蠕变法则（Norton模型等）计算D_c，③从S-N曲线另外计算D_f，④用相互作用图表进行评价——采用这种后处理步骤。也经常在Abaqus的用户子程序（CREEP或UMAT等）中自定义实现蠕变本构模型。

核电站的高温管道和压力容器、石油精炼的高温反应器、超超临界（USC）发电厂的锅炉管——所有高温长期运行的装置都是对象。特别是煤炭火力的高效化（蒸汽温度700℃以上的USC计划）无法使用传统钢铁材料，需要采用镍基超合金和先进耐热钢，蠕变疲劳评价成为材料选择的核心。日本的JIS B 8285（高温压力容器）和IHI、三菱等企业自有的设计规范中都规定了蠕变疲劳评价。

镍基超合金在蠕变疲劳耐性方面首屈一指。IN718、Rene N6、CMSX-4等单晶合金用于喷气发动机的涡轮叶片。晶界是蠕变损伤的起源，通过消除晶界采用单晶结构，可以极大地改善高温蠕变强度。陶瓷（SiC/SiC复合材料）也是新一代涡轮的候选材料，在1200℃以上蠕变仍然很小——但是存在脆性破坏风险，需要进行断裂力学评价。