蠕變松弛簡(jiǎn)介

蠕變松弛指的是應(yīng)變隨應(yīng)力衰減反倒增加的現(xiàn)象。

對(duì)于高分子材料，因其具有砧彈性，這種蠕變松弛現(xiàn)象就更加明顯。和應(yīng)力松弛一樣，都是由于材料內(nèi)部分子間的滑移等原因，材料的彈性應(yīng)變有一部分逐漸轉(zhuǎn)化成不可逆的塑性應(yīng)變所致。

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單向拉伸蠕變實(shí)驗(yàn)是蠕變計(jì)算的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。施加載荷可分為恒應(yīng)力和恒位移。恒應(yīng)力實(shí)驗(yàn)可以測(cè)得蠕變曲線(xiàn)，恒位移載荷可以測(cè)定應(yīng)力松弛曲線(xiàn)。以應(yīng)變量為縱坐標(biāo)，時(shí)間為橫坐標(biāo)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得出蠕變曲線(xiàn)。如圖1所示，單軸拉伸的蠕變曲線(xiàn)可以分為三個(gè)階段：

（1）第一階段，初始蠕變階段。位錯(cuò)微觀(guān)結(jié)構(gòu)不斷擴(kuò)展使應(yīng)變速率不斷降低。

（2）第二階段，穩(wěn)態(tài)蠕變階段。變形與回復(fù)機(jī)制達(dá)到平衡，產(chǎn)生了穩(wěn)定的應(yīng)變速率。蠕變速率變?yōu)槌?shù)，最小蠕變速率出現(xiàn)在此階段。

（3）第三階段，加速蠕變階段。有效橫截面的降低促使應(yīng)變速率持續(xù)增長(zhǎng)，直到斷裂失效。

載荷加載瞬間產(chǎn)生了一個(gè)彈性應(yīng)變，隨后經(jīng)歷上述的三個(gè)階段。其中穩(wěn)態(tài)蠕變階段變形過(guò)程時(shí)間最長(zhǎng)，占了整個(gè)蠕變壽命的大部分?？茖W(xué)研究也主要集中在第二階段的蠕變行為。

巖石在地質(zhì)條件下的蠕變可以產(chǎn)生相當(dāng)大的變形而所需要的應(yīng)力卻不一定很大。蠕變隨時(shí)間的延續(xù)大致分3個(gè)階段：①初始蠕變或過(guò)渡蠕變，應(yīng)變隨時(shí)間延續(xù)而增加，但增加的速度逐漸減慢；②穩(wěn)態(tài)蠕變或定常蠕變，應(yīng)變隨時(shí)間延續(xù)而勻速增加，這個(gè)階段較長(zhǎng)；③加速蠕變，應(yīng)變隨時(shí)間延續(xù)而加速增加,直達(dá)破裂點(diǎn)。應(yīng)力越大，蠕變的總時(shí)間越短；應(yīng)力越小，蠕變的總時(shí)間越長(zhǎng)。但是每種材料都有一個(gè)最小應(yīng)力值，應(yīng)力低于該值時(shí)不論經(jīng)歷多長(zhǎng)時(shí)間也不破裂，或者說(shuō)蠕變時(shí)間無(wú)限長(zhǎng)，這個(gè)應(yīng)力值稱(chēng)為該材料的長(zhǎng)期強(qiáng)度。巖石的長(zhǎng)期強(qiáng)度約為其極限強(qiáng)度的2/3。

蠕變機(jī)制有擴(kuò)散和滑移兩種。在外力作用下，質(zhì)點(diǎn)穿過(guò)晶體內(nèi)部空穴擴(kuò)散而產(chǎn)生的蠕變稱(chēng)為納巴羅－赫林蠕變；質(zhì)點(diǎn)沿晶體邊界擴(kuò)散而產(chǎn)生的蠕變稱(chēng)為柯勃爾蠕變。由晶內(nèi)滑移或者由位錯(cuò)促進(jìn)滑移引起的蠕變稱(chēng)為滑移蠕變，也稱(chēng)魏特曼蠕變。蠕變作用解釋了巖石大變形在低應(yīng)力下可以實(shí)現(xiàn)的原因。

蠕變?cè)诘蜏叵乱矔?huì)發(fā)生，但只有達(dá)到一定的溫度才能變得顯著,稱(chēng)該溫度為蠕變溫度。對(duì)各種金屬材料的蠕變溫度約為0.3Tm，Tm為熔化溫度，以熱力學(xué)溫度表示。通常碳素鋼超過(guò)300-350℃，合金鋼在400-450℃以上時(shí)才有蠕變行為，對(duì)于一些低熔點(diǎn)金屬如鉛、錫等，在室溫下就會(huì)發(fā)生蠕變。