粘弹性滞弹性及高温蠕变

粘弹性蠕变松弛首先想要澄清一下粘弹性的概念，很多人认为粘弹性就是蠕变或者松弛，这不完全对。

描述粘弹性更为准确的方式应该叫做率依赖，就是本构方程中当时刻应力不仅与当时刻的应变有关，还与当时刻应变速率有关（如果还与以往的历史相关的话，就叫做粘弹塑性了）。

而蠕变与松弛只是当应力或者应变维持在定值的时候，产生的应变增加与应力减小的现象。

分清这个概念很重要，因为在aba qus中定义这些行为的方式是截然不同的，具体来说明一下粘弹性与蠕变（松弛）吧。

1粘弹性狭义上来讲粘弹性是材料在加载过程中应力变化与应变，应变率之间关系的描述，也可以称为率依赖问题。

如果你想要实现冲击载荷作用下粘弹性材料的反应，这个问题属于率依赖问题，你可以使用两种方法定义材料的力学响应，这就是微分型与积分性本构，虽然微分型本构比较直观明了，平衡方程也好获得，但是一般常用的还是基于遗传积分的积分性本构，毕竟微分型本构在基于时间或者频率离散的有限元方法中难于准确实现。

一般的粘弹性本构模型就那几个，比如maxwell，kelvin，剩下的就是它们的串联与并联，如果你有个新模型是n个ma xwell串联的，你可以通过遗传积分公式轻易获得松弛模量与蠕变模量。

然而这里又会引出一个新的问题，学过粘弹性力学的人都知道，只要涉及到粘弹性问题势必逃不过一个数学工具——laplace变换,在这里不想多讲laplace变换的内容，大家对于这个数学工具应该都很清楚（如果是初学的话推荐两本书与粘弹性，laplace变化有关的教材，一个是周光泉的粘弹性理论，还有一本南京工学院，即东南大学出版的《积分变化这本书》），只谈谈它的物理意义吧，其实laplace变换的最核心思想在于时域与频域的转化，一个在时域内控制方程为偏微分方程的转化到频域内就是常微分方程了，对于粘弹性的松弛模量与蠕变模量也是这个道理，它存在着时域表示方法与频域表示方法。

它们在abaqus中的关键字为：*VISCOELASTIC, TIME= define1*VISCOELASTIC, FREQUENCY= defi ne2其中define1，define2分别为数据定义方式，详细的可参考Abaqus Analysis User's Manual18.7 Viscoelasticity。

材料在高温下的力学性能（蠕变、松弛）第7章材料在高温下的力学性能7.1 材料在高温下力学性能的特点有许多机件是在高温下工作的，如高压锅炉，蒸汽轮机、燃气轮机、以及化工厂的反应容器等，对于这些机件的性能要求，就不能以常温下的力学性能来衡量。

材料在高温下的力学性能明显地不同于室温。

首先，材料在高温将发生蠕变现象。

即在应力恒定的情况下，材料在应力的持续作用下不断地发生变形。

这样，材料在高温下的强度便与载荷作用的时间有关了。

载荷作用的时间越长，引起一定变形速率(如)或变形量的形变抗力(蠕变极限)以及断裂抗力(持久强度)就越低。

粗略地说，发生蠕变现象的温度，对金属材料约为T>0.3-0.4TM ；(TM为材料的熔点以绝对温度K计)；对陶瓷约为T>0.4-0.5TM ；对高分子材料为T>Tg，Tg为玻璃化温度，多数高分子材料在室温下就发生蠕变。

由于蠕变的产生，我们就不能笼统地说材料在某一高温下其强度是多少，因为高温强度与时间这一因素有关。

而材料在常温下的强度是不考虑时间因素的。

除非试验时加载的应变速率非常高。

材料在高温下不仅强度降低，而且塑性也降低。

应变速率越低，载荷作用时间越长，塑性降低得越显著。

和蠕变现象相伴随的还有高温应力松驰。

一个紧固螺栓在高温长时间作用下，其初始预紧力逐渐下降，这种现象也是由蠕变造成的。

另外，蠕变还会产生疲劳损伤，使高温疲劳强度下降，为此，必须研究蠕变和疲劳的交互作用。

材料在高温下的力学性能特点都是和蠕变过程紧密相连的。

第一，材料在变形时首先总是引起形变强化，蠕变之所以能发生，必然还伴随着一个变形的软化过程，这个软化过程就是高温回复。

第二，蠕变的变形机制必然与在常温下的不同。

材料在常温下的变形可通过位错的滑动产生滑移和孪晶两种变形型式。

而在高温下位错还可通过攀移，使位错遇到障碍时作垂直于滑移面的运动，如图7-0所示。

这样位错便不会阻塞在障碍面前，而使得变形能继续下去，这就是一个变形的软化过程。

1.解释下列名词①滞弹性：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。

②弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。

③循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。

④包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。

⑤塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。

⑥韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。

脆性：指金属材料受力时没有发生塑性变形而直接断裂的能力⑦加工硬化：金属材料在再结晶温度以下塑性变形时 ,由于晶粒发生滑移 , 出现位错的缠结,使晶粒拉长、破碎和纤维化,使金属的强度和硬度升高,塑性和韧性降低的现象。

⑧解理断裂：解理断裂是在正应力作用产生的一种穿晶断裂，即断裂面沿一定的晶面（即解理面）分离。

2.解释下列力学性能指标的意义弹性模量）；（2）ζ p（规定非比例伸长应力）、ζ e（弹性极限）、ζ s（屈服强度）、ζ （屈服强度）；（3）ζ b（抗拉强度）；（4）n（加工硬化指数）; （5）δ （断后伸长率）、ψ （断面收缩率）4.常用的标准试样有 5 倍和10倍，其延伸率分别用δ 5 和δ 10 表示，说明为什么δ 5>δ 10。

答：对于韧性金属材料，它的塑性变形量大于均匀塑性变形量，所以对于它的式样的比例，尺寸越短，它的断后伸长率越大。

5.某汽车弹簧，在未装满时已变形到最大位置，卸载后可完全恢复到原来状态；另一汽车弹簧，使用一段时间后，发现弹簧弓形越来越小，即产生了塑性变形，而且塑性变形量越来越大。

试分析这两种故障的本质及改变措施。

答：（1）未装满载时已变形到最大位置：弹簧弹性极限不够导致弹性比功小；（2）使用一段时间后，发现弹簧弓形越来越小，即产生了塑性变形，这是构件材料的弹性比功不足引起的故障，可以通过热处理或合金化提高材料的弹性极限（或屈服极限），或者更换屈服强度更高的材料。

1.根据受力应变特征材料分为：脆性材料，延性材料，弹性材料。

2.材料受载荷后形变的三个阶段：弹性形变，塑形形变，断裂3.弹性模量：材料在弹性变形阶段内正应力和对应的正应变的比值。

意义：反映材料抵抗应变的能力，是原子间结合强度的标志。

影响因素（键合方式，晶体结构，温度，复相的弹性模量）。

机理：对于足够小的形变应力与应变成线性关系，系数为弹性模量，物理本质是原子间结合力抵抗外力的宏观表现，弹性系数和弹性模量是反映原子间结合强度的标志。

4.滞弹性：固体材料的应变产生与消除需要有限的时间，这种与时间有关的弹性称为滞弹性。

衡量指标：应力弛豫和应力蠕变。

应力弛豫：在持续外力作用下发生形变的物体在总变形值保持不变的情况下，徐变变形增加使物体的内部应力随时间延续而逐渐减少的现象。

应力蠕变：固体材料在恒定荷载下变形随时间延续而缓慢增加的不平衡过程。

5.塑性形变指一种在外力移去后不能回复的形变。

滑移系统：滑移方向和滑移面。

产生条件：a-（几何条件）面间距大滑移矢量小b（静电条件）每个面上是同种电荷原子，相对滑移面上的电荷相反。

无机非材料不产生原因：a.滑移系统少；b.（位错运动激活能大）位错运动需要克服的势垒比较大，位错运动难以实现。

施加应力，或者由于滑移系统少无法达到临界剪应力，或者在达到临界剪应力之前就导致断裂；c.伯格斯矢量大。

6.高温蠕变定义：材料在高温下长时间受到小应力作用出现蠕变现象。

影响因素：温度和应力。

机理：a晶格机理（位错攀移理论，由于热运动位错线处一列原子移去或移入，位错线向上移一个滑移面。

）b扩散蠕变理论（空位扩散流动，应力造成浓度差，导致晶粒沿受拉方向伸长或缩短引起形变）c晶界机理（多晶体蠕变，高温下晶界相对滑动，剪应力松弛，有利蠕变。

低温下晶界本身是位错源，不利蠕变）7.理论断裂强度：理论下材料所能承受的最大应力。

实际强度：实际情况中材料在外加应力作用下，沿垂直外力方向拉断所需应力。

8.断裂韧性：是材料的固有性能，由材料的组成和显微结构所决定，是材料的本征参数。

粘弹性材料的力学性能研究粘弹性材料是一类具有特殊力学性能的材料，在各个领域都有广泛的应用。

本文将探讨粘弹性材料的力学性能研究，包括其定义、测试方法以及应用领域。

一、粘弹性材料的定义粘弹性材料是指既具有粘性（Viscosity）又具有弹性（Elasticity）的材料。

它们在受到外力作用时，既可以发生形变，又能恢复到原始状态。

粘弹性材料的力学行为常常被描述为粘滞弹性现象。

二、粘弹性材料力学性能的测试方法1. 粘滞性测试：粘滞性是指材料抵抗形变的能力，常用的测试方法包括剪切黏度测试、拉伸黏度测试等。

2. 弹性性测试：弹性是指材料在受力后能够恢复到原始状态的能力。

弹性性测试可以通过应力-应变曲线、弹性模量等进行。

3. 剪切模量测试：剪切模量是指材料在剪切载荷下承受的应力和应变之间的比值。

剪切模量的测试可以通过剪切试验获得。

4. 蠕变测试：蠕变是指材料在持续应力作用下发生的时间依赖性形变。

蠕变测试可以通过施加恒定应力后观察材料的变形情况。

三、粘弹性材料的应用领域1. 医学领域：粘弹性材料在医学领域中应用广泛，常用于仿生组织材料、医疗器械等的研发。

2. 建筑领域：粘弹性材料在建筑领域中的应用主要涉及隔震、减振等方面，可以提高建筑物对地震等外界震动的抵抗能力。

3. 航空航天领域：粘弹性材料常用于飞机、航天器等高性能结构件的制造。

其粘滞性、弹性等特性能够提高材料在复杂环境下的可靠性。

4. 汽车工业：粘弹性材料在汽车工业中的应用主要包括减震、隔声、密封等方面，可以提高汽车的舒适性和安全性。

5. 电子产品：粘弹性材料在电子产品中的应用主要涉及散热、缓冲、保护等方面，可以提高电子产品的性能和可靠性。

结论粘弹性材料的力学性能研究对于材料的开发与应用具有重要意义。

通过合理的测试方法，可以深入了解粘弹性材料的特性，并将其应用于各个领域，为社会的发展和进步做出贡献。

参考文献：1. 李同伟，胡力耀，王香，等. 粘弹性材料力学性能研究进展[J]. 北京航空航天大学学报. 2019(1).2. 李春波，李国强，徐建平. 粘弹性材料力学性能测试方法研究[D]. 东北大学. 2018.3. Ponnurangam R, Sethuraman S, Palsule S. Viscoelastic properties of engineering materials—A review[J]. Materials Science and Engineering: A. 2012, 556: 1-16.4. Zener C. Internal friction in solids: a comprehensive solution of a simple 'beetle's problem[J]. Physical Review. 1948, 73(7): 652-660.。

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力学性能分强度与形变两大块，强度指材料抵抗破坏的能力，如屈服强度、拉伸或压缩强度、抗冲击强度、弯曲强度等；形变指在平衡外力或外力矩作用下，材料形状或体积发生的变化。

对于高分子材料而言，形变可按性质分为弹性形变、粘性形变、粘弹性形变来研究，其中弹性形变中包括普通弹性形变和高弹性形变两部分。

高弹性和粘弹性是高分子材料最具特色的性质。

迄今为止，所有材料中只有高分子材料具有高弹性。

处于高弹态的橡胶类材料在小外力下就能发生100-1000%的大变形，而且形变可逆，这种宝贵性质使橡胶材料成为国防和民用工业的重要战略物资。

高弹性源自于柔性大分子链因单键内旋转引起的构象熵的改变，又称熵弹性。

粘弹性是指高分子材料同时既具有弹性固体特性，又具有粘性流体特性，粘弹性结合产生了许多有趣的力学松弛现象，如应力松弛、蠕变、滞后损耗等行为。

这些现象反映高分子运动的特点，既是研究材料结构、性能关系的关键问题，又对正确而有效地加工、使用聚合物材料有重要指导意义。

一、高弹形变的特点及理论分析高弹形变的一般特点与金属材料、无机非金属材料的形变相比，高分子材料的典型高弹形变有以下几方面特点。

1、小应力作用下弹性形变很大，如拉应力作用下很容易伸长100%~1000%（对比普通金属弹性体的弹性形变不超过1%）；弹性模量低，约10-1~10MPa （对比金属弹性模量，约104~105MPa）。

2、升温时，高弹形变的弹性模量与温度成正比，即温度升高，弹性应力也随之升高，而普通弹性体的弹性模量随温度升高而下降。

金属材料高温蠕变特性研究在工程材料中，金属材料的性能往往是受一系列因素影响的，在这些因素中，温度是其中非常重要的一个因素。

当温度升高时，金属材料内部的原子会有更大的运动能量，基于这个原理，科学家们研究了金属材料在高温下的变形特性，其中一项研究就是高温蠕变特性。

一、高温蠕变现象高温蠕变是指材料在高温条件下以恒定的应力作用之下发生的时间依赖变形。

通常情况下，高温蠕变的载荷很小，但是应力却会随着时间的推移而不断增加，这就会导致材料的变形不断加剧。

因此，高温蠕变可以被看作是一种渐进性的损伤现象，在重要的工程领域中引起了广泛的关注。

二、高温蠕变特性高温蠕变特性在工程领域中被大量研究，其特性包括蠕变速率、断裂时间、蠕变应变等。

下面我们将对这些特性进行简单地介绍。

（1）蠕变速率蠕变速率可以简单地理解为单位时间内材料的应变率。

这种应变率会受到应力、温度、扰动、化学因素等多种因素的影响。

通常情况下，蠕变速率随着应力、温度的增加而不断增加，其增长趋势是指数级的。

相应地，蠕变寿命则呈指数衰减。

（2）断裂时间断裂时间是指高温蠕变时材料从开始受载荷到完全破坏的时间。

这个时间在不同的温度、应力和载荷下都是不同的，在工程应用中，断裂时间的长短往往会影响工程材料的使用寿命和安全性。

（3）蠕变应变蠕变应变是指在高温条件下，材料内部出现的非弹性应变。

这种应变可以被分成两类：瞬时蠕变和稳态蠕变。

当应力作用于材料上时，材料会立即发生瞬时蠕变变形，随着时间的推移，稳态蠕变会逐渐取代瞬时蠕变成为材料的主要变形形式。

稳态蠕变是颗粒间的相对滑动、裂纹的扩展等过程的结果。

三、控制高温蠕变高温蠕变虽然是一种难以避免的损伤现象，但是对于工程师而言，可以尝试一些方法来减小其对工程材料的影响。

下面我们将对几种方法进行简要介绍。

（1）降低应力降低应力是一种简单有效的控制高温蠕变的方法。

在设计工程材料时，需要避免材料所受载荷过于集中，可以通过增加材料断面积或者改变应力分布等方式来实现。

粘接材料的变形和蠕变特性随着科技的发展和需求的增加，粘接材料在工业中应用越来越广泛。

粘接材料具有许多优点，比如可以实现材料的无缝连接、强度高、密封性好等等。

然而，粘接材料在长期使用的过程中也存在着一些问题，比如变形和蠕变等问题。

接下来，我们将深入探讨粘接材料的变形和蠕变特性。

一、变形的定义与分类粘接材料在受到外力作用时，会发生形变，这种形变称为变形。

变形可以分为弹性变形和塑性变形两种。

弹性变形指的是在外力作用后，粘接材料会产生形变，但是形变不会永久留存且不会影响材料强度的现象。

弹性变形可以通过受力后恢复原状的材料特性来描述。

弹性模量越大，材料的硬度就越大。

塑性变形指的是在外力作用下，粘接材料会产生形变，形变的程度超过限制时，会导致产生永久变形的现象。

塑性变形可以通过破坏力学来描述，其抗拉强度和抗剪强度决定了材料的耐用性。

二、蠕变的定义与分类蠕变指的是材料在长期持续的受力下，会发生永久变形的现象。

蠕变可以分为安定蠕变和不安定蠕变两种。

安定蠕变指的是在恒定应力下，材料的变形量也是恒定的，不会随着时间的推移而改变。

安定蠕变是材料在长期使用时最常见的变形形式，通常是钢材、水泥等材料中产生的。

不安定蠕变指的是在恒定应力下，材料的变形随着时间的推移逐渐增加。

比如高温下，金属材料会发生蠕变，这种变形随着时间的增加越来越严重。

三、粘接材料在进行强制性变形时，会产生一定程度的有效变形，但是受到粘接力和胶液自重的作用，会导致一定程度上的不均匀变形。

此外，长时间的受力作用更可能导致蠕变现象。

因此，粘接材料的变形和蠕变特性是需要重视的。

在选择粘接材料时，需要根据实际工作环境中的受力情况来选取合适的材料。

材料的弹性模量越大，其弹性变形越小，也就意味着其抗变形性越好。

而材料的蠕变性则与其抗蠕变强度有关。

对于需要长时间持续受力的工程，需要选择抗蠕变能力强的粘接材料，在安全使用过程中需要注意及时进行维护。

四、粘接材料变形和蠕变的预防和控制粘接材料变形和蠕变的预防和控制需要从以下方面入手：1、选择合适的材料：对于不同的工程，需要选择适合的粘接材料。

材料的蠕变性能了解材料在高温下的变形特性和性能材料的蠕变性能：了解材料在高温下的变形特性和性能材料在高温下的变形特性和性能是一个在材料科学和工程中十分重要的研究领域。

随着现代工业的发展和对高温环境下材料性能要求的提高，对材料的蠕变行为和性能进行深入研究变得尤为重要。

本文将探讨材料在高温环境下的蠕变变形特性和性能。

一、蠕变行为和蠕变性能的定义蠕变行为是指材料在高温下受到持续加压作用后所产生的时间依赖的塑性变形。

蠕变性能则是指材料在高温和持续应力作用下的变形能力和稳定性。

二、蠕变的影响因素1. 温度：温度是影响材料蠕变的最主要因素之一。

随着温度的升高，材料的蠕变速率也会增加。

2. 应力：应力对蠕变行为的影响非常显著。

较高的应力会导致材料的蠕变速率增加，而较低的应力则会减缓蠕变速率。

3. 材料性质：材料的化学成分、晶体结构、晶粒大小和其他微观结构对蠕变行为具有重要影响。

4. 外界环境：包括气氛、气压、湿度等外界环境条件也可能对材料的蠕变行为产生影响。

三、蠕变的分类根据材料蠕变的表现形式，可以将蠕变分为三类：稳态蠕变、短期蠕变和析出蠕变。

1. 稳态蠕变：稳态蠕变是指在高温下，应力保持恒定的情况下，材料发生的持续性蠕变变形。

2. 短期蠕变：短期蠕变指的是在高温下，应力作用于材料后的快速变形，主要发生在应力较高的状况下。

3. 析出蠕变：析出蠕变是指材料在高温下，由于过饱和度增加而形成的析出相，导致材料出现孔洞、裂纹等变形现象。

四、材料的蠕变性能评估为了评估材料的蠕变性能，需要进行蠕变试验以获取相关数据。

1. 蠕变试验：蠕变试验是评估材料蠕变性能最常用的方法。

通过施加一定的压力和温度，测量材料在时间变化下的变形情况。

2. 蠕变参数：通过蠕变试验得到的数据可以计算得到一系列蠕变参数，如蠕变速率、流变曲线、应力松弛等，来揭示材料的蠕变特性。

3. 蠕变寿命：蠕变寿命是指材料能够承受蠕变变形直至破坏的时间。

通过蠕变试验数据，可以预测材料在实际使用中的蠕变寿命。

胶水热蠕变测试-概述说明以及解释1.引言1.1 概述胶水热蠕变测试是一种常用的材料测试方法，主要用于评估胶水在高温环境下的性能变化。

在工业生产和科研领域中，胶水被广泛应用于各种产品的制造和组装中，因此对其性能的准确评估至关重要。

热蠕变测试可以帮助我们了解胶水在高温条件下的变形特性、稳定性和耐久性，为产品的设计和生产提供重要参考依据。

本文将从胶水热蠕变测试的定义、方法和应用三个方面展开讨论，旨在深入探讨这一测试方法在材料科学和工程领域的重要性及应用前景。

通过对胶水热蠕变测试的深入研究，我们可以更好地了解胶水的性能特点，为提高产品质量和性能提供有力支持。

1.2 文章结构本文主要分为引言，正文和结论三个部分。

首先在引言部分中，将对胶水热蠕变测试进行概述，介绍文章的结构以及阐明文章的目的。

接着在正文部分，将着重探讨胶水热蠕变测试的定义，方法和应用。

在结论部分，将总结胶水热蠕变测试的重要性，展望其未来发展，并得出结论。

整个文章结构清晰明了，层次分明，旨在全面深入地介绍胶水热蠕变测试的相关内容。

文章1.3 目的部分的内容:本文的目的是介绍胶水热蠕变测试的概念、方法和应用，以便读者更深入地了解这一测试技术。

通过对胶水热蠕变测试的总结和展望，旨在强调其在工程领域中的重要性和未来发展前景。

同时，希望通过本文的介绍能够拓展读者对胶水热蠕变测试的认识，提高他们在实际工作中的应用水平，促进相关技术的进步和创新。

目的部分的内容2.正文2.1 胶水热蠕变测试的定义胶水热蠕变测试是一种用于评估胶水在高温环境下的稳定性和性能变化的实验方法。

在实际应用中，胶水在高温环境下可能会出现热蠕变现象，即在长时间高温作用下材料的形变、断裂或性能降低。

通过进行胶水热蠕变测试，可以了解胶水在高温环境下的表现，以指导产品设计和工程应用。

胶水热蠕变测试通常包括将胶水样品置于恒定高温条件下，在一定时间内进行加载，观察胶水的形变情况、力学性能变化以及可能产生的断裂现象。