蠕变基本知识

1 蠕变的概念岩石的变形不仅表现出弹性和塑性，而且也具有流变性质，岩石的流变包括蠕变、松弛和弹性后效。

岩石的流变性是指岩石应力应变关系随时间而变化的性质。

蠕变是当应力不变时，变形随时间增加而增长的现象。

2 岩石的蠕变曲线通常用蠕变曲线（ε-t 曲线）表示岩石的蠕变特性。

图中三条蠕变曲线是在不同应力下得到的，其中C B A σσσ>>。

蠕变实验表明，当岩石在较小的恒定力作用下，变形随时间增加到一定程度后就趋于稳定，不再随时间增加而变化，应变保持为一个常数，这种蠕变称为稳定蠕变；当岩石承受的恒定荷载较大，当岩石应力超过某一临界值时，变形随时间增加而增大，其变形速率逐渐增大，最终导致岩体整体失稳破坏，这种蠕变称为不稳定蠕变。

不稳定蠕变(典型蠕变)可分为三个阶段：第一蠕变阶段：如曲线AB 所示，应变率随时间增加而减小，故又称为减速蠕变或初始蠕变阶段。

第二蠕变阶段：如曲线中的BC 段所示，应变速率保持不变，故又称为等速蠕变阶段。

第三蠕变阶段：如曲线中的CD段所示，应变速率迅速增加直到岩石破坏，故又称为加速蠕变阶段。

一种岩石既可以发生稳定蠕变也可发生不稳定蠕变，这取决于岩石应力的大小。

超过某一临界应力时，蠕变向不稳定蠕变发展；小于此临界应力时，蠕变按稳定蠕变发展。

通常称此临界应力为岩石的长期强度。

3实例3.1 层状岩坡蠕变破坏综合工程地质条件、力的作用方式及边坡具体破坏形式，在考虑时间效应的基础上，杨晓华，陈沅江[1]对层状岩质边坡的蠕变破坏类型及其所致因素进行了分析探讨，将层状岩质边坡的蠕变破坏分为如下五种主要类型。

3.1.1 水平层状边坡座落式剪切蠕变破坏该类蠕变破坏发生在构造活动区水平或近水平岩层边坡中。

当边坡最终形成后，由于其高度很大，上部破碎岩体的自重应力亦很大，边坡在该自重应力的作用下时常会发生沿边坡下部的水平或近水平软弱夹层蠕动滑移的座落式滑坡。

故这种边坡的蠕变破坏一般首先表现为边坡上部岩体的较大水平剪切位移，当边坡开挖到一定深度时又将表现为垂直剪切位移，一定时间后便将发生沿边坡后缘已形成的滑移面的座落式剧滑。

蠕变变形过程
第一部分：蠕变的定义和特点蠕变是指材料在持续应力作用下随时间发生的塑性变形。

与弹性和塑性不同，蠕变是一种时间依赖性变形，即变形随时间的推移而发展。

蠕变具有以下特点：
蠕变是一个渐进性变形过程，随着时间的推移，变形量逐渐增加。

蠕变通常在高温条件下更为显著，但也存在一些低温蠕变现象。

蠕变是可逆的，即当去除应力时，材料可以部分或完全恢复到原始形状。

第二部分：蠕变机制蠕变的发生涉及多种复杂的机制，其中最常见的是晶体滑移、晶粒边界滑移和空位扩散。

这些机制使得材料的晶体结构发生变化，导致材料的塑性变形和形状改变。

第三部分：影响蠕变的因素多种因素会影响材料的蠕变行为，包括：
温度：高温条件下，材料的蠕变速率更高，因为高温有利于晶体滑移和扩散等蠕变机制的发生。

应力水平：较高的应力水平会促进蠕变的发生，因为较高的应力会提供更大的驱动力来克服材料的阻力。

材料的化学成分和晶体结构：不同材料的化学成分和晶体结构会影响其蠕变行为。

一些材料对蠕变更敏感，而另一些材料可能表现出较低的蠕变倾向。

蠕变变形机理蠕变变形是一种材料在高温和恶劣环境下发生的塑性变形现象。

它是由材料内部微观结构的改变所引起的，具有一定的可逆性和不可逆性。

本文将从蠕变变形的定义、机理、影响因素以及应用等方面进行阐述。

蠕变变形是固体材料在高温下由于内部晶格结构的变化而引起的塑性变形。

蠕变变形机理主要有晶体滑移、晶粒边界滑移和扩散等。

晶体滑移是指晶体中的位错沿特定晶面和晶轴方向滑动，从而引起材料的塑性变形。

晶粒边界滑移是指晶体之间的位错滑动，晶粒与晶粒之间发生相对位移，导致材料的变形。

扩散是指材料中原子的相互迁移，在短时间内发生的微观结构的变化。

蠕变变形的机理主要与材料的温度、应力、时间和材料的微观结构等因素有关。

高温是引起蠕变变形的主要因素，因为高温会使材料的晶格结构发生变化，增加了位错的运动和晶粒边界的滑移。

应力是指施加在材料上的力，它会使位错发生运动，从而引起材料的塑性变形。

时间是影响蠕变变形的另一个重要因素，长时间的作用会使材料发生较大的塑性变形。

材料的微观结构也会影响蠕变变形的发生，晶粒的大小、晶界的特性以及杂质的存在都会影响蠕变变形的程度和速率。

蠕变变形在工程中具有重要的应用价值。

例如，在航空航天领域，高温合金材料可以在高温和高应力环境下保持较好的力学性能，从而保证航空发动机等关键部件的正常运行。

在能源领域，蠕变变形的研究可以帮助改进材料的耐热性能，提高能源装置的效率和寿命。

此外，蠕变变形还在材料加工和制备领域有着广泛的应用，例如高温变形、热处理和材料改性等。

蠕变变形是一种重要的材料塑性变形现象，其机理涉及晶体滑移、晶粒边界滑移和扩散等多个方面。

蠕变变形的发生受到温度、应力、时间和材料微观结构等因素的影响。

蠕变变形在航空航天、能源和材料加工等领域具有重要的应用价值。

随着科学技术的不断发展，对蠕变变形的研究将进一步深化，为材料设计和工程应用提供更好的支持和指导。

蠕变模型将flac3d 的蠕变分析option 进行了简单的翻译，目的是为了搞清楚蠕变过程中系统时间是如何跟真实时间对应的。

2.1 简介Flac3d 可以模拟材料的蠕变特性，即时间依赖性，flac3d2.1提供6种蠕变模型： 1. 经典粘弹型模型 model viscous 2. model burger 3. model power 4. model wipp 5. model cvisc6. powe 蠕变模型结合M-C 模型产生cpow 蠕变模型（model cpow ）7. 然后WIPP 蠕变模型结合D-P 模型产生Pwipp 蠕变模型（model pwipp ）； 8 model cwipp以上模型越往下越复杂，第一个模型使用经典的maxwell 蠕变公式，第二个模型使用经典的burger 蠕变公式，第三个模型主要用于采矿及地下工程，第四个模型一般用于核废料地下隔离的热力学分析，第五个模型是第二个模型的M-C 扩展，第六个模型是第三个模型的M-C 扩展，第七个模型是第四个模型的D-P 扩展，第八个模型也是第四个模型的一种变化形式，只是包含了压硬和剪缩行为。

2.2蠕变模型描述2.2.1只介绍经典粘弹型模型即maxwell 蠕变公式牛顿粘性的经典概念是应变率正比于应力，对于粘性流变应力应变关系以近似于弹性变形的方式发展。

粘弹型材料既有粘性又有弹性，maxwell 材料就是如此，在一维空间它可以表示为一根弹簧（弹性常数κ）连接一个粘壶（粘性常数η），它的力-位移增量关系可以写成：ηκμFF+=∙∙（2.1）式中∙μ是速度，F 是力，设力的初始值为F ，增量值为F '经过一个t ∆时间步，式（2.1）可以写成ηκμ2F F tFF t+'+∆-'=∆∆ （2.2）这就是中心差分公式。

解F '得21)(C C F F μκ∆+='（2.3）ηκ211t C ∆-=ηκ2112tC ∆+=式（2.3）写成偏应力与应变增量的关系()212C G C dij dij dij εσσ∆+=（2.4）上式中：ijij ij dij δεεε∆-∆=∆31ij ij ij dij δσσσ31-=η211t G C ∆-=η2112t G C ∆+=这里，ij ε∆为应变增量张量分量，ij σ为初始应力张量分量，G 为剪切模量。

蠕变产生的条件
1.温度：蠕变现象是在高温下发生的，通常是在材料的高温
区域（接近其熔点）才会发生蠕变。

较高的温度会导致原子或
分子的热运动增强，使其更容易发生位置的改变和材料的形变。

2.应力：在高温下，应力可以促进蠕变的发生。

应力可以是
常规的机械应力，也可以是应用于材料的外来应力（如重力、
电场等）。

应力会使材料中的晶体发生位错滑移，从而引发蠕变。

3.时间：蠕变是一种时间依赖的现象，它需要一定的时间才
能发生。

通常，较低的应力和较高的温度需要更长的时间才能
引起蠕变。

蠕变的速率与时间呈指数关系，随着时间的推移，
蠕变程度将不断加剧。

4.材料性质：不同材料对蠕变的敏感程度不同。

一些金属具
有蠕变抗力较高的特性，如铝、镁等，而一些高温合金和陶瓷
材料往往具有较低的蠕变抗力。

材料的晶体结构和组织形态对
蠕变的敏感性也有影响。

5.蠕变机制：蠕变过程中，通常涉及晶体的滑移、晶间的滑移、空隙扩散等蠕变机制。

不同的蠕变机制对应不同的材料和
温度条件，因此蠕变机制的了解也是判断蠕变产生条件的重要
因素。

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： Q m kTb d C e dt d εσ-=其中：ε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，σ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，self diffusion Q Q -=，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0σ，低于初始应力时无法测量。

这样，方程就写成0()Q m kT d C e dtεσσ-=-。

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，self diffusion Q Q -=，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：2Q kT d C e dt dεσ-= 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 α（T α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。

材料力学蠕变分析知识点总结蠕变是材料在恒定应力条件下随时间逐渐发生形变的现象。

在工程设计和材料研究中，蠕变现象是一个重要的考虑因素。

为了更好地理解和分析材料的蠕变特性，以下是一些材料力学蠕变分析的重要知识点的总结。

一、蠕变现象及特点蠕变是指材料在一定的温度、应力和时间条件下会发生的持续性形变现象。

蠕变速率与应力和温度成正比，与时间成反比。

蠕变主要表现为静态蠕变和滞后蠕变两种类型。

静态蠕变是指恒定应力下的蠕变，在应力作用下，材料在一段时间后会逐渐发生持续性的形变。

滞后蠕变是指在持续变形状态下，应力和应变之间的关系并非瞬时稳定，而是有延迟的反应。

二、影响蠕变的因素1. 温度：温度是影响蠕变的关键因素。

随着温度的升高，材料的蠕变速率也会增加。

一般来说，高温会导致材料的结构疲劳，从而增加蠕变的可能性。

2. 应力水平：应力水平是另一个重要因素。

蠕变速率随着应力的增加而增加。

当应力水平超过一定阈值时，蠕变速率将急剧增加，导致材料的蠕变失效。

3. 材料结构：材料的结构对蠕变行为有很大影响。

晶体有序性高、晶界清晰的金属材料蠕变行为较不明显，而高聚物、陶瓷等非晶态材料则容易发生蠕变现象。

三、材料蠕变性能测试方法为了评估材料的蠕变性能，常用的测试方法有：1. 短期蠕变试验：通过施加持续载荷进行的试验，用于测定材料在短时间内的蠕变性能。

2. 长期蠕变试验：通过施加持续载荷进行的试验，用于测定材料在长时间内的蠕变性能。

3. 压缩蠕变试验：通过施加持续压缩载荷进行的试验，用于测定材料在压缩状态下的蠕变性能。

四、蠕变机制和模型1. 滑移机制：材料中的滑移是一个重要的蠕变机制。

滑移是指材料中的晶体发生移位，形成新的晶体结构，导致材料整体发生蠕变。

2. 脆性断裂机制：某些材料在蠕变过程中会出现脆性断裂现象。

脆性断裂是由于晶界结构破裂或晶体内部缺陷引起的。

3. 蠕变模型：为了更准确地描述材料的蠕变行为，研究者们提出了各种蠕变模型，如Arrhenius模型、Norton模型和力学模型等。

蠕变定义蠕变（creep）(缓慢变形) （德语名：kriechen）蠕变：固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。

它与塑性变形不同，塑蠕变曲线性变形通常在应力超过弹性极限之后才出现，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。

岩石在地质条件下的蠕变可以产生相当大的变形而所需要的应力却不一定很大。

蠕变随时间的延续大致分3个阶段：①初始蠕变或过渡蠕变,应变随时间延续而增加，但增加的速度逐渐减慢；②稳态蠕变或定常蠕变，应变随时间延续而匀速增加，这个阶段较长；③加速蠕变，应变随时间延续而加速增加,直达破裂点。

应力越大，蠕变的总时间越短；应力越小，蠕变的总时间越长。

但是每种材料都有一个最小应力值，应力低于该值时不论经历多长时间也不破裂，或者说蠕变时间无限长，这个应力值称为该材料的长期强度。

岩石的长期强度约为其极限强度的2/3。

蠕变条件蠕变机制有扩散和滑移两种。

在外力作用下，质点穿过晶体内部空穴扩散而产生的蠕变称为纳巴罗－赫林蠕变；质点沿晶体边界扩散而产生的蠕变称为柯勃尔蠕变。

由晶内滑移或者由位错促进滑移引起的蠕变称为滑移蠕变，也称魏特曼蠕变。

蠕变作用解释了岩石大变形在低应力下可以实现的原因。

蠕变在低温下也会发生，但只有达到一定的温度才能变得显著,称温度为蠕变温度。

对各种金属材料的蠕变温度约为0.3Tm，Tm为熔化温度，以热力学温度表示。

通常碳素钢超过300-350℃，合金钢在400-450℃以上时才有蠕变行为，对于一些低熔点金属如铅、锡等，在室温下就会发生蠕变。

改善蠕变方法改善蠕变可采取的措施有：1.高温工作的零件要采用蠕变小的材料制造，如耐热钢等；2.对有蠕变的零件进行冷却或隔热；3.防止零件向可能损害设备功能或造成拆卸困难的方向蠕变。

铸造砂型（砂芯）起模后的变形叫蠕变。

如：酯固化水玻璃自硬砂砂型（芯）起模后常发生蠕变。

改善蠕变可采取的措施有：尽可能缩短可使用时间；用复合固化剂；砂型强度允许条件下少加水玻璃；适当增加固化剂加入量；鼓热风强制硬化。

为保证在高温长期载荷作用下的机件不致产生过量变形，要求金属材料具有一定的蠕变极限。

和常温下的屈服强度σ0.2相似，蠕变极限是高温长期载荷作用下材料对塑性变形抗力的指标。

蠕变极限两种表示方法：1．在给定T下，使试样产生规定蠕变速度的应力值，以符号公斤力/毫米2表示（其中为第二阶段蠕变速度，%/小时）。

在电站锅炉、汽轮机和燃气轮机制造中，规定的蠕变速度大多为1×10-5%小时或1×10-4%小时。

例如，=6公斤力/毫米2，表示在温度为600℃的条件下，蠕变速度为1×10-5%小时的蠕变极限为6公斤力/毫米2。

2．在给定温度（T）下和在规定的试验时间（t，小时）内，使试样产生一定蠕变形量（δ，%）的应力值，以符号公斤力/毫米2表示。

例如，=10公斤力/毫米2，就表示材料在500℃温度下，10万小时后变形量为1%的蠕变极限为10公斤力/毫米2。

试验时间及蠕变变形量的具体数值是根据机件的工作条件来规定的。

以上两种蠕变极限都需要试验到蠕变第二阶段若干时间后才能确定。

3．两种蠕变极限在应变量之间有一定的关系。

例如，以蠕变速度确定蠕变极限时，当恒定蠕变速度为1×10-5%小时，就相当于100，000小时的应变量为1%。

这与以应变量确定蠕变极限时的100，000小时的应变量为1%相比，仅相差（见图9-2），但其差值甚小，可忽略不计。

因此，就可认为两者所确定的应变量相等。

同样，蠕变速度为1×10-4%/小时，应相当于10，000小时的应变量为1%。

二、蠕变极限测定方法测定金属材料蠕变极限所采用的试验装置，如图8－11所示。

试样的蠕变试验用试样的形状、尺寸及制备方法、试验程序和操作方法等，可有关国家标准的规定进行。

现以第二阶段蠕变速度所定义蠕变极限为例，说明其测定的方法。

1．在一定温度和不同的应力条件下进行蠕变试验。

每个试样的试验持续时间不少于2000~3000小时。

01聚合物蠕变蠕变在恒定温度、较小的恒定外力作用下，材料的形变随时间的增加而逐渐增大的现象，称为形变。

蠕变过程中包括三种形变：（1）瞬时普弹形变（虎克弹性）特征：施加应力，形变瞬时产生，除去外力，立即恢复。

（2）高弹形变特征：通过链段的运动逐渐展开，形变量大，且形变的发展与时间有关，恢复也是逐渐进行的。

（3）黏性形变——永久变形特征：黏性形变的发展与时间呈线性关系，外力除去后，不能恢复。

例如,软PVC丝悬挂一定重量的砝码,就会慢慢地伸长,解下砝码后,又会慢慢缩回去,这就是典型的蠕变现象。

对于工程塑料,要求蠕变越小越好,对于蠕变严重的材料,使用时需采取必要补救措施。

如硬PVC有良好的抗腐蚀性能,可用于加工化工管道、容器等设备,但它容易蠕变,使用时必须增加支架以防止蠕变.PFTE是塑料中摩擦系数最小的,由于其蠕变现象严重,所以不能用作机械零件,但却是很好的密封材料.为探究GFRP锚杆在循环荷载下的黏结锚固性能，在软岩地基边坡开展GFRP 锚杆现场拉拔试验，通过光纤光栅应变传感器测量技术进行研究。

结果表明:循环荷载作用下锚杆杆体与锚固体的黏结蜕化深度小于锚杆的有效锚固长度,黏结蜕化深度以上锚杆杆体与锚固体界面提供摩擦力,黏结蜕化深度以下提供黏聚力。

当锚固界面受到破坏时，黏聚力将失去作用。

锚杆同-锚固深度处循环荷载作用的次数越多，锚固界面的黏结蜕化现象越严重;不同锚固深度处循环荷载作用的次数越多，黏结蜕化现象反而越不明显。

图7为GFRP锚杆杆体应变时程曲线，表明不同循环荷载对锚杆杆体黏结蜕化作用的影响。

通过多变量控制下的GFRP锚杆静载和反复荷载试验发现:在静载和反复荷载试验下，GFRP锚杆的破坏形式均为杆体拔出破坏;在反复荷载作用下，较少的循环次数对GFRP筋与混凝土黏结强度和锚杆滑移量影响不明显，当在低应力水平、反复荷载循环次数较少时，GFRP锚杆黏结强度退化不显著,反而在一定程度上有所增加;而在高应力反复荷载作用下，GFRP筋与混凝土间的黏结强度降低，黏结性能退化比较明显。

蠕变机制的方式
关于蠕变机制的方式介绍如下:
蠕变机制主要有以下几种方式：
1. 位错蠕变机理：当塑性变形时，位错滑移运动增加，导致位错密度增加。

当位错密度达到一定值时，会发生蠕变。

这种机制主要适用于多晶金属材料在较高的温度和较低的外加应力下发生蠕变的情况。

2. 扩散蠕变机理：在空位浓度梯度的驱动下，高浓度晶界处的空位向周围低浓度晶界附近扩散，导致晶粒伸长，产生蠕变。

这种机制主要适用于晶界受拉应力的情况。

3. 晶界滑动蠕变机理：在较高的温度下，晶界两侧的晶体在外加应力的作用下容易发生粘滞流动而发生相对运动，由于晶界的滑动而产生蠕变。

以上是关于蠕变机制的相关介绍，如需了解更多信息，建议咨询物理学专业人士或查阅相关书籍资料。

材料力学中的蠕变行为分析材料力学是研究物体在外力作用下的力学性能和变形规律的科学分支。

其中，蠕变行为是材料力学中一个重要且复杂的研究内容。

本文将重点分析材料力学中的蠕变行为及其分析方法。

一、蠕变行为的基本概念蠕变是指固体材料在一定温度、应力和时间条件下，随时间的延长而发生的持续性变形现象。

在蠕变过程中，材料的形状、尺寸和性能发生不可逆的变化。

二、蠕变行为的特点1. 时间依赖性：蠕变是一种时间持续性变形，其变形速率与时间有关。

2. 应力依赖性：蠕变速率与应力大小成正比，应力越大，蠕变速率越快。

3. 温度依赖性：蠕变速率与温度呈指数关系，温度升高时，蠕变速率增加。

4. 蠕变可逆性：蠕变变形是一种不可逆过程，受到负载终止后，仍然会发生恢复变形，即蠕变现象。

三、蠕变行为的分析方法1. 经验模型法这种方法是根据实验数据建立的一种经验公式，通过试验获取蠕变变形数据，然后利用统计方法进行曲线拟合，得到适用于该材料的蠕变模型。

常用的经验模型包括Norton-Bailey模型、Garofalo模型等。

2. 经典理论法经典理论法是从材料微观结构和力学行为出发，通过数学推导建立蠕变方程，并求解该方程得到蠕变应变和蠕变速率。

常用的经典理论方法有Maxwell模型、Kelvin模型等。

3. 统计学方法统计学方法是基于大量试验数据的统计分析，通过对蠕变数据的分布规律进行研究，得出蠕变行为的统计学参数，包括蠕变寿命、蠕变应变与应力的关系等。

四、蠕变行为的影响因素1. 温度：温度是影响蠕变行为的重要因素，温度升高会导致蠕变速率增加。

2. 应力：应力越大，蠕变速率越快。

3. 材料结构：材料的晶格结构、缺陷和位错等也会对蠕变行为产生影响。

4. 环境条件：气氛中存在的含氧量、湿度等环境条件也会对蠕变行为产生影响。

五、蠕变行为的应用蠕变行为分析在材料研究及工程应用中具有重要意义。

例如，在航空航天领域中，蠕变行为的研究有助于材料的选取和设计；在核工程中，蠕变行为的分析可用于预测材料的寿命和安全性能等。

蠕变的三种形变蠕变是指固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。

蠕变过程主要包含以下三种形变：一、瞬时弹性形变1. 概念- 在施加应力的瞬间，材料会发生弹性形变，这与材料的弹性性质有关。

这种形变符合胡克定律，应力与应变成正比，即σ = Evarepsilon（其中σ为应力，E为弹性模量，varepsilon为应变）。

- 例如，对于金属材料，当施加一个拉力时，原子间的距离会瞬间发生弹性变化，就像拉伸弹簧一样，一旦外力消失，这种形变能够完全恢复。

2. 特点- 发生迅速，在应力施加的同时就产生。

- 形变程度与所施加的应力大小成正比。

- 具有完全可逆性，当应力去除后，材料能够立即恢复到原来的形状和尺寸。

二、粘性流动形变1. 概念- 随着时间的推移，在应力持续作用下，材料内部的原子或分子会像流体一样发生缓慢的相对滑动，这种形变类似于流体的粘性流动。

- 从微观角度来看，对于聚合物材料，链段之间会逐渐发生相对位移。

例如，在高温和长时间应力作用下的沥青，就会表现出明显的粘性流动。

2. 特点- 与时间有关，随着时间的增加，粘性流动形变不断增大。

- 应力与应变速率成正比，符合牛顿粘性定律σ=eta(dvarepsilon)/(dt)（其中eta为粘度）。

- 这种形变是不可逆的，一旦发生了粘性流动形变，即使应力去除，材料也不能恢复到原来的形状。

三、塑性形变（永久形变）1. 概念- 当应力超过材料的屈服强度时，材料会发生不可恢复的永久性形变。

在蠕变过程中，随着时间的增加，材料内部的位错等缺陷不断运动、增殖，导致材料产生塑性变形。

- 例如，金属材料在高温下承受一定应力时，位错会克服晶格阻力而移动，使材料发生形状改变，如金属在高温下被拉伸时，会逐渐变细变长，这种形变在应力去除后不会消失。

2. 特点- 不可逆性，是材料内部结构永久性改变的结果。

- 通常与材料的屈服行为相关，只有当应力达到一定水平才会显著发生。

金属蠕变概要0000对于一般金属，蠕变现象只有在高温条件下才明显表现出来。

但是，某些金属，如铅、锡及它们的合金，在常温条件下，也能表现出蠕变现象。

产生蠕变所需的应力，甚至可以小于材料的弹性极限。

蠕变现象的产生，是由三个方面的因素构成:温度、应力和时间。

碳钢在300-400℃时，在应力的作用下即能明显地出现蠕变现象。

当温度在高于400℃时，即使应力不大，也要出现较大速率的蠕变。

合金钢的温度超过400~450℃时，在一定的应力作用下，就会发生蠕变、温度愈高，蠕变现象愈明显。

高温高压火电厂中产生蠕变的部件较多，如主蒸汽管道、锅炉联箱、汽水管通、高温紧固件、汽轮机汽缸等。

由于金属蠕变的累积，使金属部件发生过量的塑性变形而不能使用，或者蠕变进入到了加速发展阶段，发生蠕变破裂，均会使部件失效损坏，甚至发生严重事故。

所以，对于长期运行的高温部件，要进行严格的蠕变监测。

当然，一些部件在工作中出现一些塑性变形还是允许的，只要它们在整个工作期限内(例如10万小时)，由于蠕变所累积的塑性变形量不超过允许值即可。

例如，一般规定主蒸汽管道、高温蒸汽联箱经10万小时运行后，总变形量不超过1;汽轮机汽缸10万小时后的总变形量不超过0。

1;锅炉的合金钢过热器管和再热管，当蠕变胀粗大于2。

5时，即行更换;锅炉的碳钢过热器管和再热器管，当蠕变胀粗大于3。

5时，即行更换。

蠕变曲线室温拉伸试验时，长期保持屈服极限以下的应力，试件不会产生塑性变形，也就是说应力-应变关系不会因载荷作用时间的长短而发生变化。

但是，在较高温度下，特别是当温度达到材料熔点的1/3到1/2时，即使是应力在屈服极限以下，试件也会产生塑性变形，时间愈长，变形量愈大，直至断裂。

这种发生在高温下的塑性变形就称为蠕变(Creep)。

因此，设计高温下使用的构件时，例如与高温燃气接触的燃气轮机叶片，就不能把强度极限等作为计算许用应力的依据，而要考虑材料的蠕变强度。

高温下试件的应变量和时间关系曲线如图所示。

蠕变变形过程蠕变是指一种材料在受力的作用下，逐渐发生形变的现象。

蠕变变形过程中，材料的形状、体积或结构会发生改变，常见于高温、高压的环境中。

本文将详细介绍蠕变变形的原理、机理及其应用领域。

蠕变变形的原理是在外力作用下，材料微观结构的位移和变形产生，进而引起宏观形状或体积的变化。

在常温下，材料的变形主要是由于原始结构中的缺陷或晶界滑移引起的。

而在高温下，材料的变形主要是由于材料组分的扩散和晶粒的再排列引起的。

蠕变变形的机理主要有三种：晶粒滑移、平移扩散和体扩散。

晶粒滑移是指晶体内原子之间的相互迁移，以维持材料的相对稳定状态。

平移扩散是指材料中原子之间的迁移，其速度取决于温度、应力和材料的组分。

体扩散是指材料中组分的迁移，它会引起晶界移动和晶粒长大。

在蠕变变形过程中，存在着变形率和应力的关系。

经验表明，在高温下，短时间内的应力对变形的影响较小；而在长时间内，应力会导致材料发生蠕变变形，且变形率与应力呈指数关系。

此外，温度和时间也是影响蠕变变形的重要因素。

较高的温度和较长的时间都会加速蠕变变形的进程。

蠕变变形在许多工程领域都有着广泛的应用。

在材料加工中，蠕变变形被用于热加工、塑性成形和材料改性等工艺过程中，可以实现复杂形状的制造。

在航天航空领域，蠕变变形的研究使得航空发动机和航天器材料能够在高温高压环境下正常运行。

在能源领域，蠕变变形被用于提高材料的热稳定性和耐久性，以延长能源设备的使用寿命。

蠕变变形的研究仍然面临着一些挑战。

首先，理论模型的建立和验证需要大量的实验数据，但蠕变变形是一个耗时漫长的过程，数据的获取十分困难。

其次，蠕变变形的机理和影响因素非常复杂，需要综合考虑热力学、力学和材料科学等多个领域的知识。

最后，蠕变变形的机理和应力的关系依然存在很多未解之谜，需要进一步的研究和探索。

总之，蠕变变形是一个重要的材料学问题，它在高温高压环境下广泛存在，对材料的性能和可靠性产生着重要影响。

通过深入研究蠕变变形的机理和应用，可以为材料的设计和开发提供重要的科学依据，为实际工程应用带来更大的效益。