蠕变应力松弛相关介绍
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混凝土蠕变与应力松弛耦合破坏及临界幂律行为混凝土是一种广泛应用于结构工程领域的材料,但其力学性质受多种因素影响,其中包括温度、湿度和时间等因素。
在实际使用中,混凝土可能存在蠕变和应力松弛等行为,这些行为可能引起破坏,影响其力学性能。
因此,深入了解混凝土的这些行为特性及其临界幂律行为具有重要意义。
混凝土的蠕变行为指的是在长期外载荷作用下,混凝土会产生变形,并维持在一定的应力水平下。
蠕变行为的发生是因为混凝土在长时间内受到应力作用,其内部的分子结构发生了持续性变化。
蠕变行为不可逆,即使消除载荷,混凝土的变形也不会完全恢复到初始状态。
除了外载荷之外,温度、湿度等因素也会对混凝土的蠕变行为产生一定的影响。
混凝土的应力松弛行为指的是在恒定应变的作用下,混凝土的应力会随时间变化而逐渐降低。
应力松弛行为与蠕变行为存在相似之处,但应力松弛是由应变作用引起的,而不是外载荷作用。
应力松弛会导致混凝土在一段时间内失去一部分强度,从而影响其总体力学性能。
蠕变和应力松弛行为在混凝土材料中的特性和临界幂律行为密切相关。
临界幂律行为是指在某些特定条件下,混凝土蠕变和应力松弛行为会呈现出与时间的幂律相关的特性。
这种幂律趋势对于预测混凝土的长期强度和耐久性具有重要意义。
通过对混凝土蠕变和应力松弛行为的临界幂律分析,可以更好地理解混凝土材料的内部结构和变形特性,从而提高混凝土的设计与应用的准确性和可靠性。
在混凝土的蠕变和应力松弛行为研究中,常用的试验方法包括等温蠕变试验和等变应力松弛试验等。
通过这些试验方法可以测量混凝土材料在长时间内的应变和应力变化特性,从而得到混凝土材料的应力松弛曲线和蠕变曲线。
同时,还可以对不同因素对混凝土蠕变和应力松弛行为的影响进行研究。
这些试验和研究可以为混凝土结构的设计和应用提供重要依据。
总之,混凝土的蠕变和应力松弛行为及其临界幂律行为对于混凝土结构的长期强度和力学性能表现具有重要意义。
深入研究这些行为的特性和机理,对于指导混凝土结构的设计和应用,提高混凝土结构的耐久性和可靠性具有重要的理论和实践意义。
高导热高热强热作模具钢的应力松弛与蠕变性能评估引言:随着工业制造的发展,模具钢的应用范围越来越广泛。
在高温工作条件下,模具钢往往需要具备较高的导热性能和热强性能,以确保模具能够承受高温下的工作负荷。
应力松弛和蠕变是模具钢在高温条件下所面临的主要问题,因此评估模具钢的应力松弛和蠕变性能对于提高模具钢的性能至关重要。
一、应力松弛性能评估:应力松弛是指材料在持续应力作用下的逐渐减小的应力现象。
在高温工作条件下,应力松弛对模具钢的使用寿命和稳定性有重要影响,因此评估应力松弛性能是十分必要的。
1. 实验方法:常用的评估应力松弛性能的实验方法是热延伸试验。
在这个试验中,通过施加一定的拉伸力,将模具钢样品加热到工作温度,并持续一段时间。
然后,测量样品的变形情况,如应力松弛。
根据实验结果,可以评估模具钢的应力松弛性能。
2. 评估指标:评估模具钢的应力松弛性能可以通过以下指标指导:首先是应力松弛量,即在一定时间内的应力松弛程度。
其次是应力松弛速率,即应力松弛量与时间的比值。
另外,还可以评估材料的弹性恢复,弹性恢复越好,应力松弛越小。
3. 影响因素:模具钢的应力松弛性能受到多种因素的影响。
化学成分、热处理工艺和显微组织结构等都会影响应力松弛性能。
通常,优质的模具钢应具备均匀细小的晶粒结构和稳定的化学成分,以提高其应力松弛性能。
二、蠕变性能评估:蠕变是指材料在恒温下长时间受力后发生的渐进变形。
在高温下,模具钢通常需要承受持续的工作负载,而蠕变现象会导致模具变形,破坏其精度和稳定性。
因此,评估模具钢的蠕变性能对于提高模具钢的使用寿命和性能具有重要意义。
1. 实验方法:常用的评估蠕变性能的实验方法是蠕变试验。
该试验下,将模具钢样品置于特定的应力条件下,并保持在一定的温度下进行一段时间。
然后,测量样品的变形情况,如蠕变变形、蠕变速率等。
通过实验结果,可以评估模具钢的蠕变性能。
2. 评估指标:评估模具钢的蠕变性能通常采用蠕变变形率和蠕变速率等指标。
聚合物的黏弹现象及理解———蠕变及应力松弛概念解析李丽萍(东北林业大学理学院,黑龙江哈尔滨150040)摘要:针对《高分子物理》课程中黏弹现象难于理解,作者根据教学经验对聚合物的黏弹性进行解析,通过理论联系实际,让学生加深对黏弹现象的理解,对于提高学生对课程的整体认识,强化学生对课程的理解,取得了良好的教学效果。
关键词:黏弹性;蠕变;应力松弛中图分类号:G642文献标志码:A文章编号:1674-9324(2015)11-0206-02同一物体即可以是弹性的,也可以是黏性的,主要因环境温度或外力作用速率不同,在某些条件下主要表现为弹性,而在其他条件下主要表现黏性。
聚合物的这种特性称为黏弹性,对于黏性材料,应力不能保持恒定,而是以某一速率减小到零,其速率取决于施加的起始应力值和材料的性质。
这种现象称为应力松弛[1,2]。
在应力保持不变的情况下,材料可随时间继续变形,这种性能就是蠕变或流动,因此高分子材料具有黏弹性。
材料的黏弹性能主要表现在蠕变和应力松弛两个方面。
蠕变与力学松弛是材料在加载完成能够以后的力学反应,或衡量材料在使用过程中的尺寸稳定性[3,4],本文结合聚合物的分子运动,阐述聚合物的蠕变和应力松弛过程。
一、蠕变(Creep)1.蠕变概念解析。
蠕变,是在一定温度及应力下,固体材料缓慢永久性的移动或者变形的趋势。
即在较小的恒定外力作用下,应变随时间延长而慢慢增加的现象。
它的发生是低于材料屈服强度的应力长时间作用下,材料内部通过链段与网链的蠕动、变形、调整位置,逐步达到与外应力相平衡的过程。
它不同于塑性变形,塑性变形通常在应力超过弹性极限之后才出现,发生塑性形变时,微观结构相邻部分产生永久性位移,在外力去除后形变不能恢复,而蠕变只要应力的作用时间相当长,它在应力小于弹性极限时也能出现,当卸去载荷时,材料的变形部分地回复或完全地回复到起始状态。
由于高聚物既有弹性又有黏性,所以外力对他所做的功一部分以弹性能的形式储存起来,另一部分又以热的形式消耗掉。
应力松弛stress relaxation金属在恒定高温的承载状态下,总应变(弹性应变加塑性应变)保持不变,而应力随时间的延长逐渐降低的现象,简称松弛。
松弛和蠕变是一个问题的两个方面。
材料在恒定高温下工作,当保持应力恒定就产生蠕变,而当保持总应变恒定就产生松弛。
由lg-t为坐标作出的曲线叫应力松弛曲线(见图)。
曲线的第Ⅰ阶段应力随时间急剧降低;第Ⅱ阶段应力下降逐渐缓慢并趋向稳定。
第Ⅱ阶段,与t呈线性关系。
图中0为试样的初始应力,ó为第Ⅱ阶段假定初始应力,α 为第Ⅱ阶段松弛曲线与横坐标的夹角。
通常和分别表示材料的晶间和晶内松弛稳定性。
它们的数值越大,材料的抗松弛性能越好。
法兰上使用的螺栓是应力松弛的典型例子。
在拧紧螺母时,依靠螺栓弹性应变产生的拉力达到紧固。
在使用过程中螺栓的弹性应变有一部分转变为塑性应变,因而拉力下降,这时螺栓的总应变并未改变。
金属材料在常温下虽也有应力松弛现象,但进展得很缓慢,可以忽略不计。
在高温下,应力松弛变得很显著,在机械设计中必须予以重视。
应力松弛stress relaxation粘弹性材料在总应变不变的条件下,由于试样内部的粘性应变(或粘塑性应变)分量随时间不断增长,使回弹应变分量随时间逐渐降低,从而导致变形恢复力(回弹应力)随时间逐渐降低的现象。
测定应力松弛曲线是测定松弛模量的实验基础。
高温下的紧固零件,其内部的弹性预紧应力随时间衰减,会造成密封泄漏或松脱事故。
松弛过程也会引起超静定结构(见结构力学)中内力随时间重新分布。
用振动法消除残余应力就是设法加速松弛过程,以便消除材料微结构变形不协调引起的内应力。
使流动的粘弹性流体速度梯度减小或突然降为零,流体中的应力逐渐降低或消失的过程也称为应力松弛。
[编辑]补充应力松弛stress relaxation粘弹性材料在总应变不变的条件下,由于试样内部的粘性应变(或粘塑性应变)分量随时间不断增长,使回弹应变分量随时间逐渐降低,从而导致变形恢复力(回弹应力)随时间逐渐降低的现象。
弹簧的蠕变和松弛蠕变和弹簧松弛当弹簧两端施加一定的拉应力(低于弹性极限)时,弹簧会产生一定的伸长量,但随着时间的推移,伸长量会缓慢增加,称为蠕变。
钢丝的蠕变通常由缓慢到加速再到断裂。
常温下钢丝的蠕变不明显,但随着温度的升高会加速。
工程使用弹簧在一定温度下一段时间内产生一定程度的变形。
增加应力以定义蠕变极限。
例如,200002.0s / 10000 = A表示弹簧在200℃下工作1小时,导致0.002%的变形。
需要一个(MPa)的应力。
当弹簧发生一定的变形时,会产生一定的应力,但随着时间的推移,应力会逐渐减小,称为应力松弛。
例如,要用螺栓紧固一个零件,你需要转动螺母使螺栓变长,产生一些弹性变形和相应的压缩应力。
在较高的温度下,经过一段时间,螺栓位置虽然没有改变,但压应力逐渐减小,称为应力松弛。
随着时间的推移,弛豫是由弹性变形的零件转变为塑性变形而引起的。
松弛率:经过一段时间后,应力降低值与原始应力之比为(Ro- rn / Ro) 100%。
残余应力:一般为105几小时后残余应力Rr值越高,材料的抗松弛性能越好。
蠕变和松弛是弹簧稳定性的指标。
其共同的特点是随着温度的升高和时间的延长,性能变得更加明显。
蠕变性能的影响因素有:①钢中气体和夹杂物的含量较低,而蠕变很小。
②粒度:粗晶粒钢具有较高的抗蠕变性。
③合金元素的固溶强化效果:少量的各种合金可以提高抗蠕变性。
④分散降水在第二阶段可以提高抗蠕变性。
松弛是弹性滞后的一种反映。
主要取决于钢的化学成分和微观结构。
当然,即使你了解弹簧在这个产品中的重要作用,如果弹簧的质量不好,影响也会很大。
高分子材料的蠕变和松弛行为高分子材料具有大分子链结构和特有的热运动,决定了它具有与低分子材料不同的物理性态。
高分子材料的力学行为最大特点是它具有高弹性和粘弹性。
在外力和能量作用下,比金属材料更为强烈地受到温度和时间等因素的影响,其力学性能变化幅度较大。
高聚物受力产生的变形是通过调整内部分子构象实现的。
由于分子链构象的改变需要时间,因而受力后除普弹性变形外,高聚物的变形强烈地与时间相关,表现为应变落后于应力。
除瞬间的普弹性变形外,高聚物还有慢性的粘性流变,通常称之为粘弹性。
高聚物的粘弹性又可分为静态粘弹性和动态粘弹性两类。
静态粘弹性指蠕变和松弛现象。
与大多数金属材料不同,高聚物在室温下已有明显的蠕变和松弛现象。
本文章主要介绍高聚物的蠕变和应力松弛现象产生的原因、过程,应用以及如何避免其带来的损害。
1 高分子材料蠕变高分子材料的蠕变即在一定温度和较小的恒定外力(拉力、压力或扭力等)作用下、高分子材料的形变随时间的增加而逐渐增大的现象。
1.1 蠕变过程及原理图1-1就是描写这一过程的蠕变曲线,t 1是加荷时间,t 2是释荷时间。
从分子运动和变化的角度来看,蠕变过程包括下面三种形变:当高分子材料受到外力(σ)作用时,分子链内部键长和键角立刻发生变化,这种形变量是很小的,称为普弹形变(1ε)。
当分子链通过链段运动逐渐伸展发生的形变,称为高弹形变(2ε)。
如果分子间没有化学交联,线形高分子间会发生相对滑移,称为粘性流动(3ε)。
这种流动与材料的本体粘度(3η)有关。
在玻璃化温度以下链段运动的松弛时间很长,分子之间的内摩擦阻力很大,主要发生普弹形变。
在玻璃化温度以上,主要发生普弹形变和高弹形变。
当温度升高到材料的粘流温度以上,这三种形变都比较显著。
由于粘性流动是不能回复的,因此对于线形高聚物来说,当外力除去后会留下一部分不能回复的形变,称为永久形变。
图1-1 蠕变曲线图1-2 线型高聚物的蠕变曲线图1-2是线型高聚物在玻璃化温度以上的蠕变曲线和回复曲线,曲线图上标出了各部分形变的情况。
1 引言蠕变松弛性能是表征密封材料最重要的性能之一。
它反映了密封材料抵抗应力松弛和变形的能力,是一种瞬时的应力-应变关系,与温度、时间、初应力、密封板材厚度等多种因素有关。
通常蠕变松弛越慢,则残余压缩载荷越大,密封性能越好。
对于非石棉密封垫片,垫片的蠕变变形和螺栓残余载荷是最有效的质量评定指标。
密封材料的一系列的寿命和使用温度预测均是建立在蠕变和松弛的基础上,而螺栓的松弛归根结底又是由垫片的蠕变引起的,因此密封垫片的蠕变行为直接影响密封材料的长期行为。
无石棉密封材料是一种多组分的复合材料,主要包括非石棉增强纤维、粘结剂(胶乳)、填料和化学助剂等组分,各组分的性质和含量均影响材料的蠕变松弛性能,因此要描述纤维增强复合材料的蠕变是较困难的。
近年来,无论是无石棉密封垫片材料蠕变松驰过程的理论描述还是实验研究,国内外学者都做了大量的工作,从研究方式上可以分为:理论研究,建立蠕变过程近似模型和蠕变实验研究。
2 理论研究2.1 细观力学模型复合材料在一定应力水平下的蠕变通常有3个阶段。
第一阶段称为暂态阶段,该阶段应变加快,但应变率减小,趋于稳定;第二阶段,应变以几乎不变的速率缓慢增长,这一稳态阶段一般持续时间较长,持续时间的长短主要取决于应力水平;第三阶段,材料由于损伤的积累而接近于破坏,最终导致材料蠕变断裂。
关于纤维增强复合材料的蠕变理论模型,主要有Boltzmann叠加原理、Eshellby模型、自恰模型。
这3种模型在分析之前都进行了大量的假设,所以在描述聚合物基复合材料的应力应变场时显得非常困难。
对于某些简单的情况,例如复合材料在蠕变过程中假设应力保持不变时,Findley 提出幂次律的蠕变关系式为:ε(t)=ε0+At n (1)其中,n为材料常数;A和ε0为与应力水平有关的两个函数;ε0表示t=0时受载的瞬时反映。
这一公式与实际复合材料的实验曲线较符合,可描述蠕变的第一和第二阶段。
但是在密封垫片的实际工作中,垫片的工作载荷是变化的,此时密封垫片的蠕变过程是复杂的,难以正确描述。
应力松弛法测粘度应力松弛法也称为蠕变法或弛豫法,是一种用来测量材料在应变恒定条件下,应力随时间发生变化的实验方法。
它通过对实验样品施加一定大小的恒定应变,测量材料在此应变下的应力变化,了解材料的流变性质。
应力松弛法是目前比较常用的测量高分子材料粘度的方法之一,该方法不仅能测出粘度,还能测定高分子的变形行为,为研究高分子材料提供了重要数据。
在应力松弛实验中,需要用到应力松弛试验仪,它对材料进行施加应变和测量应力松弛。
实验时需要先将实验样品加热至预设温度,然后用夹具固定在应力松弛试验仪上,施加恒定应变。
此时应根据需要,采用适当的时间间隔在一定时间内记录实验样品的应力变化值。
根据施加的应变值,计算实验样品的粘度。
应力松弛实验所测得的数据可以用于计算出高分子在不同温度下的粘度曲线,从而知道它的流变性质。
应力松弛法测定高分子材料粘度的基本原理是,在恒定应变的条件下,当材料逐渐变形时,由于分子间的内部力量发生变化,导致应力逐渐减小,这种应力逐渐减小的现象称为应力松弛。
在应力恒定的条件下,随着时间的推移,由于分子的移动,形成的内部位形会发生改变,从而引起应力的变化,形成应力松弛曲线。
通过应力松弛实验可以了解高分子材料的粘弹性,即材料在应变恒定的情况下,随时间的推移而表现出的应力松弛特性。
通过应力松弛实验可以得到高分子材料的弛豫时间和应力松弛曲线,从而了解材料的流变特性,特别是高分子材料的误差更小,因此更加适合用于测量粘度。
应力松弛法测量高分子材料粘度有许多优点,具有准确度高、精度高、测量范围广、实验简单、易于操作、测量速度快等优点。
然而,该方法也存在一些局限性,如只适用于温度较高的材料、材料适用范围较窄、测量精度受到采用适当的应变以及时间间隔等因素的影响等。
因此,在进行应力松弛实验时,需要注意实验条件的选择,以确保实验结果的准确性。
腰椎松质骨应力松弛蠕变实验研究腰椎松质骨应力松弛蠕变实验研究是目前国内外研究者共同努力研究的重要课题。
松质骨发生应力松弛蠕变的研究是腰椎病治疗中的重要内容之一。
要在治疗过程中对松质骨的变形和变性做出准确的判断,需要对松质骨的应力松弛蠕变进行科学的研究。
应力松弛蠕变是指在应力施加的情况下,松质骨在一定时间内,其形态和力学特性会发生改变,这种改变称为应力松弛蠕变。
应力松弛蠕变对腰椎病的治疗有着重要的意义。
它可以帮助医生了解腰椎损伤的变形特征和发展趋势,从而制定出更有效、个性化的治疗方案。
为了更好地研究腰椎松质骨应力松弛蠕变的机制,我们采用了多种实验方法,进行了有关的研究。
首先,我们通过研究不同外力和温度条件下腰椎松质骨应力松弛蠕变的变形特征,以及其变形程度和时间的关系,探究了松质骨应力松弛蠕变机制。
其次,通过试验,我们发现应力松弛蠕变不仅仅依赖于温度,还受外力类型和大小的影响。
最后,我们分析了腰椎松质骨发生应力松弛蠕变的情况,并根据实验结果得出了相关的推论和结论。
经过多次实验,我们发现腰椎松质骨的应力松弛蠕变会受到外力、温度和时间的叠加作用的影响,且有一定的规律性。
该研究表明,不同的外力和温度条件下腰椎松质骨会发生不同程度和时间的应力松弛蠕变,从而对腰椎病的治疗具有重要意义。
此外,研究还发现应力松弛蠕变对松质骨发生变形、变性和破坏有很大的影响,在腰椎病治疗过程中,必须采取有效的措施来控制松质骨的变形程度和时间,以更好地改善患者的病情。
同时,加强温度条件的控制和应用,更有助于腰椎病的治疗。
总之,腰椎松质骨应力松弛蠕变实验研究是医疗领域的重要内容,可以为腰椎病的治疗提供重要依据。
未来,可以加强实验条件的控制,更精确地模拟实际治疗情况,并进一步改进治疗参数,以达到更好的治疗效果。
固体材料的应变会持续增加,这种现象叫蠕变现象。
蠕变现象会不断增加固体材料的塑性变形,并图1 聚氨酯保温层中弹性微元体选取保温层筒壁半径为r的任意一点,以立空间坐标轴系(r,θ,Z)。
任意截取一段聚氨酯保温层,如图1所示,以此微元体作为研究对象。
微元体主要受三个方向作用力,以σr表示沿半方向的径向应力,以σθ表示沿θ方向的周向应力,以σZ表示沿Z方向的轴向应力。
相应的,以ε表示径向应变,以εθ表示周向应变,以ε向应变。
w表示轴向径向位移,u表示轴向位移。
在䫒㇑ PRi值时,忽略工作钢管的径向形变,可给定其边界保温管聚氨酯管常温蠕变实验装置示意图实验材料截取一段φ219聚氨酯保温管,管段的长度约为。
泡沫层厚度75mm,长度为300mm60kg/m3。
如图4所示,保温管中部B段作为检验承压部分,长度为100mm。
本次测试承压件的两部图4 保温管样品尺寸5.3 实验步骤(1)首先将试样聚氨酯保温管置于温度为23±2℃环境中,测量聚氨酯保温层的厚度S;(2)将试样的钢管内部中通入热流体进行提高温度,温度升到140±2℃后仍需保持温度恒定。
环境条件下的温度维持23±2℃不变,进行蠕变性能与蠕变载荷、温度有关,载荷越大、温图5 试样保温层蠕变实验结果5.5 压缩蠕变实验结果推算根据不同时间的蠕变位移量,可模拟计算试样保温层蠕变公式。
因为保温管蠕变是一个长期的过程,只与时间、载荷和温度有关,蠕变公式为:其中:ε为总应变;ε0为蠕变开始时的应变;t为蠕变时间;σ为蠕变的应力水平;Q为活化能;R为气体常数;。
应力松弛举例说明1.蠕变:材料(高分子材料)在恒定的外界条件下T、P,在恒定的外力σ下,材料变形长度随时间t的增加而增加的现象。
例如:晾衣服的塑料绳(尼龙绳);坐久了的沙发;晾着的毛衣2.应力松弛:材料在一定温度下,受到某一恒定的外力(形变),保持这-形变所需随时间的增加而逐渐减小的现象;例如:松紧带子;密封件在受外力时,密封效果逐渐变差(密封的重要问题)3.滞后:交变压力作用下,敲子材料的形变总是落后于应力变化的现象;例如:橡胶轮胎传送带,一侧拉力,一侧压力;防震材料,隔音材料4.内耗:形变总是落后于应力,有滞后存在,由于滞后,在每-循环中就有质量的损耗,滞后环在拉伸中所做的功,作为热能而散发。
聚合物的特性让它具有这些现象,因为绝大多数高分子化合物是许多相对分子质量不同的同系物的混合物,因此高分子化合物的相对分子质量是平均相对分子量。
高分子化合物是由千百个原子以共价键相互连接而成的,虽然它们的相对分子质量很大,但都是以简单的结构单元和重复的方式连接的,所以容易产生这些现象。
扩展资料:高分子同低分子比较,具有如下几个特点:1、从相对分子质量和组成上看,高分子的相对分子质量很大,具有“多分散性”。
大多数高分子都是由一种或几种单体聚合而成。
2、从分子结构上看,高分子的分子结构基本上只有两种,一种是线型结构,另一种是体型结构。
线型结构的特征是分子中的原子以共价键互相连接成一条很长的卷曲状态的“链”(叫分子链)。
体型结构的特征是分子链与分子链之间还有许多共价键交联起来,形成三度空间的网络结构。
这两种不同的结构,性能上有很大的差异。
3、从性能上看,高分子由于其相对分子质量很大,通常都处于固体或凝胶状态,有较好的机械强度;又由于其分子是由共价键结合而成的,故有较好的绝缘性和耐腐蚀性能;由于其分子链很长,分子的长度与直径之比大于一千,故有较好的可塑性和高弹性。
高弹性是高聚物独有的性能。
此外,溶解性、熔融性、溶液的行为和结晶性等方面和低分子也有很大的差别。
蠕变松弛率试验
蠕变松弛率试验是一种用于研究材料在持续加载下的变形行为的实验方法。
该试验通常用于研究材料的蠕变(creep)和松弛((relaxation)性能。
以下是进行蠕变松弛率试验的一般步骤:
样品准备:
准备材料的试样,确保其尺寸和形状符合实验要求。
样品的准备可能涉及到裁剪、成型或制备。
加载:
将试样放置在加载设备中,施加持续的荷载。
加载可以是恒定的力、应力或应变,具体取决于试验的目的。
监测变形:
使用变形测量设备((例如应变计、位移传感器)监测试样的变形。
记录随时间变化的变形数据。
持续加载:
在一段持续的时间内保持加载,以观察试样的蠕变行为。
蠕变是指材料在持续加载下逐渐变形的现象。
卸载:
在持续加载后,可能会卸载荷载,观察试样的弹性恢复。
这一步通常称为弹性卸载。
松弛:
如果试验的目的是研究材料的松弛性能,可以在卸载后观察试样的松弛行为。
松弛是指在去除加载后,材料逐渐减小其应力或应变的现象。
数据分析:
对收集到的变形数据进行分析,计算蠕变率和松弛率。
蠕变率是指材料在持续加载下的变形速率,而松弛率是指材料在卸载后的减弱速率。
蠕变松弛率试验可应用于多种领域,包括材料科学、地质学、土木工程等,以评估材料的持久性和可靠性。
应力松弛名词解释应力松弛是指在应力作用下,材料内部的原子结构发生变化以达到更稳定的状态的过程。
在材料受到应力作用时,原子之间的键会发生形变,使材料内部存在着能量积累和应力集中。
为了减少这种状态下的能量和应力,材料会通过一些机制进行松弛,恢复到较稳定的状态。
应力松弛主要包括两个方面的变化:原子间的位移和晶格缺陷的形成。
在受到应力作用下,材料中的原子会发生位移,以减少应力集中的程度。
原子位移的方式包括滑移、蠕变和回复等。
滑移是指原子围绕着一个固定的位错线沿着晶体内部发生移动的过程,通过滑移减少材料中的应力集中。
蠕变是指在高温下由应力作用引起的物质流动。
回复是指在松弛应力下,材料会逐渐恢复到初始无应力状态,原始晶格结构得到恢复。
应力松弛还涉及到晶格缺陷的形成,其中最常见的是位错和空位。
位错是晶体中某一原子排列的故障,它是一种原子间的错位或者位移,是材料中弹性形变存留下来的痕迹。
位错的形成可以减小应力集中,增强材料抵抗外力破坏的能力。
空位是指晶格中一部分原子缺失形成的缺陷,也可以通过空位的形成和移动来减少应力的影响。
应力松弛在材料加工、材料性能改善和材料的持久性能方面都有重要的意义。
在材料加工中,松弛可以使材料在加工后恢复原来的形状,在机械加工和热处理过程中起到重要的作用。
在材料性能改善方面,应力松弛可以减少材料的内部应力,提高材料的韧性和抗拉强度。
在材料的持久性能方面,应力松弛也起着重要的作用,可以减缓材料的老化过程和疲劳寿命。
总之,应力松弛是材料在受到应力作用下,通过原子位移和晶格缺陷的形成来减少应力集中,恢复到稳定状态的过程。
它在材料加工、材料性能改善和持久性能方面都有重要的作用,对于材料科学和工程具有很高的研究和应用价值。
蠕变应力松弛相关介绍
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蠕变应力松弛相关介绍
百若试验仪器服务范围:全系列电子萬能试验机、全系列电液伺服萬能试验
机、全系列电液伺服压力试验机、全系列电液伺服疲劳试验机、应力腐蚀裂纹扩
展速率试验机、应力腐蚀慢应变速率试验机、板材成形试验机、杯突试验机、紧
固件横向振动疲劳试验机、多功能螺栓紧固分析系统、扭矩轴力联合试验机、松
弛试验机、锚固试验机、扭转试验机、冲击试验机、压剪试验机、液压卧式拉力
试验机、光缆成套试验设备等。
百若试验仪器就来说说蠕变应力松弛相关介绍
蠕变
定义:蠕变是在应力影响下,固体材料缓慢永久性的移动或者变形的趋势。
它的发生是低于材料屈服强度的应力长时间作用的结果。这种变形的速率与材料
性质、加载时间、加载温度和加载结构应力有关。取决于加载应力和它的持续时
间和环境温度,这种变形可能变得很大,以至于一些部件可能不再发挥它的作用。
阶段过程:1初步蠕变,形变率相对较大,但是随着应变的增加减慢。
2稳态蠕变,形变率达到一个最小值并接近常数,“蠕变应变率”
就是指这一阶段的应变率。
3颈缩现象,应变率随着应变增大指数性的增长
晶体蠕变(考虑金属)
公式: QmkTbdCedtd
其中:是蠕变应变,C是一个依赖于材料和特别蠕变机制的常数,m和b是
依赖于蠕变机制的指数,Q是蠕变机制的激活能,是加载应力,d是材料的晶
粒尺寸,k是波尔兹曼常数,T是绝对温度。
位错蠕变
在相对于剪切模量的高应力条件下,蠕变是一个受位错控制的运动。当应力
加载在材料上时,由于滑移面中的位错移动而塑性变形发生。
位错蠕变中,
selfdiffusionQQ
,46m,0b。因此位错蠕变强烈依赖于加
载应力而不依赖于晶粒尺寸。引入初始应力
0
,低于初始应力时无法测量。这
样,方程就写成
0
()QmkTdCedt
。
Nabarro-Herring蠕变
在N-H蠕变中,原子通过晶格扩散,造成晶粒沿着应力轴伸长。k和原子通
过晶格的扩散系数有关,
selfdiffusionQQ
,1m,2b。因此N-H蠕变是一种
弱应力依赖、中等晶粒尺寸依赖的蠕变,它的蠕变形变率随着晶粒尺寸增长而降
低。故公式变化成:
2
QkTdCedtd
上图是相关文献中的表格,按蠕变机理不一样确定指数m(在表中是n),
以及常见金属对应的激活能。
注意:金属蠕变在受力元件温度超过0.3T(T是熔点温度)时才开始显现
出来,把常见金属熔点温度列出来。
钢 铜 铝 锡
/TK
179
0.3/TK
537 407 280 151
我们可以看出,以上几种金属,在常温的贮存条件下钢、铜等熔点较高的金属
一般不考虑蠕变,而铝、锡等金属常常会受到蠕变的影响。所以我们要格外留意
长期承受压力的铝合金结构件和一些承受压力的焊接点。
聚合物蠕变
聚合物在力作用下的行为可以用Kelvin-Voigt模型模拟。
0
0
()[()(1)]ttCCfed
其中:是加载应力,
0
C
是瞬时蠕变柔度,C是蠕变柔度系数,是延迟时间,
()f
是延迟时间的分配
通过简单积分很容易的看出,这个一个线性关系表达式,其中的一些参数可
以由试验确定,在相关文献中有所涉及。
注意:和金属蠕变不一样,高聚物蠕变一般在任何温度下都可以表现出来,并
且是线性的。这样,在考虑承受压力的高聚物密封件的时候不能忽视其蠕变效应
应力松弛
粘弹性材料在总应变不变的条件下,由于试样内部的粘性应变(或粘塑性应变)
分量随时间不断增长,使回弹应变分量随时间逐渐降低,从而导致变形恢复力(回
弹应力)随时间逐渐降低的现象。(可以类比大学物理中的磁滞回线)
我们可以看出,蠕变会伴随着应力松弛。但是应力松弛和蠕变有前提上的区
别,蠕变是在弹性限度内应力长期作用的影响,而应力松弛所加的应力则没有这
个限制。但是,从工程设计上考虑,我们设计的大多数产品一般都不会让应力超
过弹性极限。在这种情况下蠕变往往与应力松弛是相互伴随的。应力松弛和蠕变
不同之处在于应力松弛是固定形变条件下应力的降低,蠕变是保持高应力条件下
发生的形变积累,他们机理有相似之处,但是侧重点不一样。
一般由于蠕变效应带来的应力松弛可以利用蠕变公式进行进一步求解,这里
应当各位注意几种元件:铝合金的焊接件、承受应力的焊点、螺栓、弹性元件、
高聚物的密封件等。下面我们将对螺旋弹簧的应力松弛进行进一步阐释。
弹簧的应力松弛
目前,较为实用的压缩螺旋弹簧应力松弛方程有如下两种形式:
0
/ln(1)PPKrt
0
/+lnPPabt
研究表明,弹簧的应力松弛分为两个阶段,在200C以下满足Arrhenius模
型。所以在这个范围可以通过相对高温度环境的加速试验来预测常温下的应力松
弛。
高聚物的应力松弛
对于高聚物松弛模型:
dFK
dtt
,这样积分出来和上个方程形式是一样的。
注意:高聚物的应力松弛和老化关系很大,在不利的环境中,高聚物的应力松
弛衰减相对迅速,所以在导弹高聚物密封件中我们要减小高聚物的老化。
残余应力
构件在制造过程中,将受到来自各种工艺等因素的作用与影响;当这些因素消
失之后,若构件所受到的上述作用与影响不能随之而完全消失,仍有部分作用与
影响残留在构件内,则这种残留的作用与影响称为残余应力。
这样的应力在表面处理和焊接等复杂连接结构处比较常见,应当引起足够的
重视。但是不幸的是现在还没有找的一个统一的模型去描述,工程上常见的是用
实验和显微观察的办法检测应力,进行数值分析。
导弹结构中残余应力主要存在于结构复杂的元件中,另外,很多连接结构中
也有着残余应力的现象。
老化
老化是指高分子材料在加工、贮存和使用过程中,由于受内外因素的综合作用,
其性能逐渐变坏,以致最后丧失使用价值的现象,是一种不可逆的变化。
导致老化的主要环境因素:阳光、氧气、臭氧、热、水、机械应力、高能辐射、
电、工业气体(如二氧化碳、硫化氢等)、海水、盐雾、霉菌、细菌、昆虫。
对于橡胶等高聚物,老化速率可以用公式ERTkAe
其中:A是系数,E是表面活化能,R是气体常数,T是温度
高聚物的老化,主要是用力学性能的下降来作为指标的,这里可以引入相关力
学性能与原值的比值作为老化系数。老化和应力松弛关系非常密切,有研究发现
用应力松弛系数作为老化系数是一个比较好的而选择。
注意:在导弹产品中,高聚物在密封元件和绝缘材料中用得比较多。在研究
绝缘材料中,主要是热应力引起材料老化,导致绝缘性能的下降,所以应当着重
把电气性能的下降作为衡量标准。
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