本发明涉及低温碳化炉，具体涉及一种用ansys智能预测低温碳化炉金属马弗蠕变的方法。
背景技术：
1、碳纤维材料有着重量轻、强度高、热稳定性好和尺寸稳定等优异性能，已在军事及民用工业的各个领域取得广泛应用。从航天、航空、汽车、电子、机械、化工、轻纺等民用工业到运动器材和休闲用品等。碳纤维增强的复合材料可以应用于飞机制造等军工领域、风力发电叶片等工业领域、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽车板簧、驱动轴、球棒等体育领域。碳纤维是典型的高科技领域中的新型工业材料；
2、低温碳化炉作为碳纤维生产线上的重要装备，它通常采用金属马弗，在使用过程中，金属马弗会有大幅度的热胀冷缩，金属马弗在每个温区由于温度不相同产生不同的膨胀量，而不同的膨胀量会产生很大的内应力，内应力和高温的作用，金属马弗产生蠕变应变，影响金属马弗的使用寿命；在低温碳化炉金属马弗的设计过程中，合理的结构可以降低金属马弗在工作过程中的内应力，增加金属马弗的使用寿命。
3、如申请号为cn 102912090 b的一种悬挂马弗管的设计方法，马弗管由多个单节上下顺次连接构成；上、下端部单节内均固定有耐火材料及固定耐火材料的托板；其特征在于：结合各马弗管的结构特征，在计算应力时将上、下端部单节内耐火材料及固定耐火材料的托板的重量分别计入所在厚度单节马弗管的重量之中，并使各厚度单节上端许用应力呈依次递增状态。
4、低温碳化炉金属马弗体积大，制作成本高，若是对设计的每一种结构的金属马弗进行实际寿命测试需要消耗大量的资金、时间和人力，因此，亟需设计一种用ansys智能预测低温碳化炉金属马弗蠕变的方法来解决上述问题。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种用ansys智能预测低温碳化炉金属马弗蠕变的方法，以解决现有技术中的上述不足之处。
2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
3、一种用ansys智能预测低温碳化炉金属马弗蠕变的方法，包括以下步骤：
4、s1：采用三维cad软件solidworks软件建立实际的低温碳化炉金属马弗和底部支座三维模型；
5、s2：设置材料属性，其中弹性模量、泊松比、密度用于理想弹性计算，热膨胀系数用于热力结构计算，蠕变属性用于蠕变计算；
6、s3：将s1中建立的低温碳化炉金属马弗和底部支座三维模型导入到ansysworkbench中进行模型的简化，将不必要的特征和零件删除；
7、s4：将步骤s3中建立的低温碳化炉金属马弗和底部支座的三维仿真模型传递到网格划分mesh模块中，在mesh模块中对三维仿真模型进行网格划分；
8、s5：载荷设置：根据金属马弗温度分布情况对金属马弗进行温度载荷施加，施加重力载荷和压力载荷；
9、s6：约束设置：设置金属马弗与底部支撑的接触关系和底部支撑的约束；
10、s7：母模型求采用默认设置进行求解；
11、s8：子模型选取母模型中应力最大的高温段区域；通过建立单向耦合关系，将母模型的温度、边界位移(母模型与子模型的切割位置)传递至子模型；子模型中几何模型包含的各类载荷、约束均保留；
12、s9：子模型的求解设置进行求解：子模型的求解按照两步进行；第一、第二求解步分别用于求解理想弹性模型和蠕变模型；
13、s10：步骤s9得到的运行结果包括金属马弗蠕变过程中的应力变化趋势和应力分布情况，根据应力分布情况，对照金属马弗材料的蠕变强度参数，以此预测低温碳化炉金属马弗使用寿命；
14、s11：在相同设置条件下，通过将三维仿真模型设置不同参数并重复步骤s1-10，以进行多次模拟计算，获得金属马弗蠕变过程中的应力分布云图，预测金属马弗的蠕变和使用寿命，以此判断低温碳化炉金属马弗结构设计的合理性。
15、进一步地，所述步骤s2中，为减少复杂几何模型蠕变计算的超大计算量，采用母-子模型方案，在子模型中赋予材料蠕变属性，母模型使用理想弹性模型计算整体膨胀及应力分布，子模型计算母模型应力最大局部位置经蠕变后的应力分布情况。
16、进一步地，所述步骤s2中，在ansys workbench中的13种蠕变模型中选择timestraining蠕变本构进行计算，本构方程如下所示：
17、
18、其中，εcr为等效蠕变率，σ为等效应力，t为绝对温度，t为时间，e为自然数；
19、根据金属马弗材料的蠕变蠕变属性性能得到等效蠕变率εcr、等效应力σ、温度t以及时间t等参数，将所需参数作为输入值，拟合得不同温度下的c1～c4值，应用于ansysworkbench模拟计算中。
20、进一步地，所述步骤s3中，低温碳化炉金属马弗为对称结构，为简化计算，沿对称面将几何模型分开，仅取一半进行分析计算。
21、进一步地，所述步骤s3中，删除的特征包括对应力分布情况影响较小的圆角、小孔等。
22、进一步地，所述步骤s5中，考虑温区隔板对马弗的压力影响，加载至模型-y方向。
23、进一步地，所述步骤s6中，支撑底座本身情况不在分析考虑范围内，故而将其设定为刚性体。
24、进一步地，所述步骤s6中，马弗底面与支撑座接触位置设置为有摩擦接触，摩擦系数设置为0.1。
25、进一步地，所述步骤s6中，支撑座底面设置为偏置位移约束，限制其全部6个自由度。
26、进一步地，所述步骤s9中，在第一求解步中采用默认设置，在第二求解步中开启大变形、蠕变影响。
27、在上述技术方案中，本发明提供的一种用ansys智能预测低温碳化炉金属马弗蠕变的方法，(1)本发明通过模拟的方法得到金属马弗炉工作过程中的应力分布情况的寿命预测，判断金属马弗的可靠性，减少了设计过程中实际测试带来的的资金、时间和人力上的消耗，从而降低设计成本和减少资源消耗；(2)本发明通过采用ansys对低温碳化炉金属马弗工作过程中的蠕变进行智能预测，分析金属马弗在使用过程中的应力分布情况，预测其蠕变应变和使用寿命，从而判断金属马弗结构设计的合理性，为提高金属马弗合理设计提供一个参考的依据。
1.一种用ansys智能预测低温碳化炉金属马弗蠕变的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种用ansys智能预测低温碳化炉金属马弗蠕变的方法，其特征在于，所述步骤s2中，为减少复杂几何模型蠕变计算的超大计算量，采用母-子模型方案，在子模型中赋予材料蠕变属性，母模型使用理想弹性模型计算整体膨胀及应力分布，子模型计算母模型应力最大局部位置经蠕变后的应力分布情况。
3.根据权利要求1所述的一种用ansys智能预测低温碳化炉金属马弗蠕变的方法，其特征在于，所述步骤s2中，在ansys workbench中的13种蠕变模型中选择time straining蠕变本构进行计算，本构方程如下所示：
4.根据权利要求1所述的一种用ansys智能预测低温碳化炉金属马弗蠕变的方法，其特征在于，所述步骤s3中，低温碳化炉金属马弗为对称结构，为简化计算，沿对称面将几何模型分开，仅取一半进行分析计算。
5.根据权利要求1所述的一种用ansys智能预测低温碳化炉金属马弗蠕变的方法，其特征在于，所述步骤s3中，删除的特征包括对应力分布情况影响较小的圆角、小孔等。
6.根据权利要求1所述的一种用ansys智能预测低温碳化炉金属马弗蠕变的方法，其特征在于，所述步骤s5中，考虑温区隔板对马弗的压力影响，加载至模型-y方向。
7.根据权利要求1所述的一种用ansys智能预测低温碳化炉金属马弗蠕变的方法，其特征在于，所述步骤s6中，支撑底座本身情况不在分析考虑范围内，故而将其设定为刚性体。
8.根据权利要求1所述的一种用ansys智能预测低温碳化炉金属马弗蠕变的方法，其特征在于，所述步骤s6中，马弗底面与支撑座接触位置设置为有摩擦接触，摩擦系数设置为0.1。
9.根据权利要求1所述的一种用ansys智能预测低温碳化炉金属马弗蠕变的方法，其特征在于，所述步骤s6中，支撑座底面设置为偏置位移约束，限制其全部6个自由度。
10.根据权利要求1所述的一种用ansys智能预测低温碳化炉金属马弗蠕变的方法，其特征在于，所述步骤s9中，在第一求解步中采用默认设置，在第二求解步中开启大变形、蠕变影响。
