應力松弛具體介紹

材料在高溫使用時，有時要使總應變保持不變。在高溫保證總應變不變的情況下，會發(fā)生應力隨著時間延長逐漸降低的現(xiàn)象．該現(xiàn)象叫應力松弛(stress relaxation)，如圖1所示。例如，高溫條件工作的緊固螺栓和彈簧會發(fā)生應力松弛現(xiàn)象。

材料的總應變ε包括彈性應變ε_e和塑性應變ε_p，即ε=ε_e ε_p=常數(shù)。

隨著時間增長，一部分彈性變形逐步轉變?yōu)樗苄宰冃?，材料受到的應力相應地逐漸降低。ε_e的減小與ε_p的增加是同時等量產(chǎn)生的。

蠕變與應力松弛在本質(zhì)上相同，可以把應力松弛看作是應力不斷降低的“多級”蠕變。蠕變抗力高的材料，其抵抗應力松弛的能力也高。但是，目前使用蠕變數(shù)據(jù)來估算應力松弛數(shù)據(jù)還是很困難的。某些材料即使在室溫下也會發(fā)生非常緩慢的應力松弛現(xiàn)象，在高溫下這種現(xiàn)象更加明顯。松弛現(xiàn)象在工業(yè)設備的零件中是較為普遍存在的。例如，高溫管道接頭螺栓需定期擰緊，以免因應力松弛而發(fā)生泄漏事故。

指鋼筋等構件受到一定的張拉力后，在長度保持不變的條件下，鋼管的應力隨著時間的增長而降低的現(xiàn)象；產(chǎn)生應力松弛的原因：主要是由于金屬內(nèi)部錯位運動使一部分彈性變形轉化為塑性變形而引起；減少松弛損失的主要措施：1）采用低松弛鋼絞線或鋼絲； 2）采用超張拉程序。

應力松弛是在應變恒定時，應力隨時間的推移而逐漸衰減的現(xiàn)象。

加載數(shù)學表達式：

響應數(shù)學表達式：

式中：H為Heaviside函數(shù)；Y為松弛模量，即單位應變作用下 t 時刻應力值。

如圖2所示，在t₀~t₁時間內(nèi)，ε=ε₀應力作用下，應力從σ₀減少到σ₁，材料發(fā)生應力松弛現(xiàn)象；在t=t₁時，卸載為ε=0，應力發(fā)生突變，在σ₁發(fā)生瞬時回彈到σ₂；在t >t₁ 時，材料應力逐漸消除，隨著時間的變化逐漸趨近于零，該現(xiàn)象為應力消除。

應力松弛試驗是材料機械性能試驗的一種。應力松弛現(xiàn)象在室溫下進行得很慢，但隨著溫度的升高就變得很顯著，故在機械設計中必須加以重視。

應力松弛試驗一般采用圓柱形試樣，在一定的溫度下進行拉伸加載，以后隨著時間的推移，由自動減載機構卸掉部分載荷以保持總變形量不變，測定應力隨時間的降低值，即可繪出松弛曲線。也可以采用具有等強度半圓環(huán)的環(huán)形試樣進行松弛試驗，測定環(huán)形試樣缺口處寬度的變化來計算應力降低的數(shù)值并畫出松弛曲線。

以壓力和時間t為坐標的應力松弛曲線可分為兩個部分，分別代表兩個不同的松弛階段。在第Ⅰ階段內(nèi)，應力隨時間的增長而急劇降低；在第Ⅱ階段內(nèi)，降低的速度減慢，最后趨于穩(wěn)定。半對數(shù)坐標 (lgσ-t)的應力松弛曲線中，第Ⅱ階段呈線性關系，因此可用以進行外推，即由較短時間的試驗外推求得較長時間后的剩余應力。

受相同的試驗溫度和初應力F，經(jīng)相同的時間后，如剩余應力越高，則材料的抗松弛性能越好。高溫工作中的零件由于存在應力松弛，會不同程度地喪失彈性和緊固作用。因此對用于高溫的緊固件如彈簧、螺栓等的材料，需要測定松弛性能。

以往對氣管軟骨力學特性研究多以動物氣管軟骨和一維拉伸實驗居多，對人氣管軟骨應力松弛粘彈性力學特性研究較少。生物材料的粘彈性主要以應力松弛蠕變?yōu)楸憩F(xiàn)形式，應力松弛是軟組織在恒應變作用下，對載荷松弛適應性的反應，雖然機制尚不清楚，但氣管軟骨的應力松弛力學特性對于認識吻合口張力，確定氣管損傷后的張力臨界點具有重要意義。

氣管由于炎癥、腫瘤、損傷等疾患需要進行氣道再建，現(xiàn)代呼吸道(氣道)外科手術對氣管病變不超過1/2程度，可切除病變部位氣管后直接縫合吻接，修復和重建氣管的功能。當氣管切除超過其直接的吻合長度，則需要置換人工氣管。鑒于臨床實際需要，孫長江等對正常國人尸體氣管軟骨進行了應力松弛實驗，得出了氣管軟骨7200s應力松弛量，得出了應力松弛曲線和歸一化應力松弛函數(shù)曲線。以一元線性回歸分析的方法處理實驗數(shù)據(jù)，得出了應力松弛函數(shù)方程。研究以制備的顯影聚合物有機溶液作為栓塞材料進行體外模擬實驗，篩選最佳條件為下一步的動物試驗和臨床試驗提供了依據(jù)，篩選出的最佳條件為:聚合物濃度4%，推注速度為0.10ml/min，完全栓塞時及時停止推注。該工作也體現(xiàn)出本顯影聚合物可以達到栓塞的目的，可作為一種新的非粘附性液體栓塞材料使用 。2100433B

應力松弛試驗一般采用圓柱形試樣，在一定的溫度下進行拉伸加載，以后隨著時間的推移，由自動減載機構卸掉部分載荷以保持總變形量不變，測定應力隨時間的降低值，即可繪出松弛曲線。也可以采用具有等強度半圓環(huán)的環(huán)形試樣進行松弛試驗，測定環(huán)形試樣缺口處寬度的變化來計算應力降低的數(shù)值并畫出松弛曲線。

以壓力和時間t為坐標的應力松弛曲線可分為兩個部分，分別代表兩個不同的松弛階段。在第Ⅰ階段內(nèi)，應力隨時間的增長而急劇降低；在第Ⅱ階段內(nèi)，降低的速度減慢，最后趨于穩(wěn)定。半對數(shù)坐標 (lgσ-t)的應力松弛曲線中，第Ⅱ階段呈線性關系，因此可用以進行外推，即由較短時間的試驗外推求得較長時間后的剩余應力。

受相同的試驗溫度和初應力F，經(jīng)相同的時間后，如剩余應力越高，則材料的抗松弛性能越好。高溫工作中的零件由于存在應力松弛，會不同程度地喪失彈性和緊固作用。因此對用于高溫的緊固件如彈簧、螺栓等的材料，需要測定松弛性能。

應力松弛現(xiàn)象普遍存在，在保持位移或應變一定的前提下，表現(xiàn)為彈性材料內(nèi)部應力隨時間緩慢衰減，與初始應變、溫度和時間有關。有些文獻也把這種現(xiàn)象叫做彈性衰退，以另外一個視角表述了應力松弛的概念。兩者之間既彼此區(qū)別又相互聯(lián)系，應力松弛強調(diào)當應變一定時，應力隨著時間累積緩慢下降，彈性衰退重點指的是彈性變形能降低，二者都有一些物理量與時間相關。

研究應力松弛機理不僅需要考察材料的微觀組織結構變化，同時還要探究其熱力學和動力學原理及其影響因素。熱力學主要從能量轉化的角度來考察物質(zhì)的熱性質(zhì)，揭示能量從一種形式轉換到另一種形式遵循的規(guī)律，從熱力學的角度分析應力松弛，就是研究其能量條件、發(fā)展動力及發(fā)展方向。蘇德達研究認為，金屬材料應力松弛的本質(zhì)就是一種不穩(wěn)定態(tài)向穩(wěn)定態(tài)發(fā)生的轉變。動力學主要研究為與運動的關系，即應力松弛速率和應力松弛水平 。