蠕變松弛

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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單向拉伸蠕變實驗是蠕變計算的基礎(chǔ)實驗。施加載荷可分為恒應(yīng)力和恒位移。恒應(yīng)力實驗可以測得蠕變曲線，恒位移載荷可以測定應(yīng)力松弛曲線。以應(yīng)變量為縱坐標(biāo)，時間為橫坐標(biāo)記錄實驗數(shù)據(jù)可得出蠕變曲線。如圖1所示，單軸拉伸的蠕變曲線可以分為三個階段：

（1）第一階段，初始蠕變階段。位錯微觀結(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，直到斷裂失效。

載荷加載瞬間產(chǎn)生了一個彈性應(yīng)變，隨后經(jīng)歷上述的三個階段。其中穩(wěn)態(tài)蠕變階段變形過程時間最長，占了整個蠕變壽命的大部分?？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。蠕變隨時間的延續(xù)大致分3個階段：①初始蠕變或過渡蠕變，應(yīng)變隨時間延續(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)變隨時間延續(xù)而勻速增加，這個階段較長；③加速蠕變，應(yīng)變隨時間延續(xù)而加速增加,直達(dá)破裂點(diǎn)。應(yīng)力越大，蠕變的總時間越短；應(yīng)力越小，蠕變的總時間越長。但是每種材料都有一個最小應(yīng)力值，應(yīng)力低于該值時不論經(jīng)歷多長時間也不破裂，或者說蠕變時間無限長，這個應(yīng)力值稱為該材料的長期強(qiáng)度。巖石的長期強(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)穿過晶體內(nèi)部空穴擴(kuò)散而產(chǎn)生的蠕變稱為納巴羅－赫林蠕變；質(zhì)點(diǎn)沿晶體邊界擴(kuò)散而產(chǎn)生的蠕變稱為柯勃爾蠕變。由晶內(nèi)滑移或者由位錯促進(jìn)滑移引起的蠕變稱為滑移蠕變，也稱魏特曼蠕變。蠕變作用解釋了巖石大變形在低應(yīng)力下可以實現(xiàn)的原因。

蠕變在低溫下也會發(fā)生，但只有達(dá)到一定的溫度才能變得顯著,稱該溫度為蠕變溫度。對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300-350℃，合金鋼在400-450℃以上時才有蠕變行為，對于一些低熔點(diǎn)金屬如鉛、錫等，在室溫下就會發(fā)生蠕變。