蠕变应力松弛
混凝土蠕变与应力松弛耦合破坏及临界幂律行为
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。
蠕变应力松弛
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。
6.6 蠕变及应力松弛试验
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试验操作
测量试样； 测量试样； 夹持试样； 夹持试样； 预加载试样； 预加载试样； 连续加载试样； 连续加载试样； 夹具的移动速度为 （5 ±1） mm/min； ） ； 测定蠕变极限强度
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结果处理
应变与时间的关系，绘出应变 的关系曲线 在此曲线上， 的关系曲线。 应变与时间的关系，绘出应变—的关系曲线。在此曲线上， 截取某一规定时间， 或其他时间， 截取某一规定时间，如1000h或其他时间，求得应力和相 或其他时间 对应的蠕变应变。 对应的蠕变应变。
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试验操作
先将试样连同夹具一起置于恒温箱中， 先将试样连同夹具一起置于恒温箱中，保持足够时间使试 样达到温度平衡，然后在一定时间内（ ） 样达到温度平衡，然后在一定时间内（6s）向试样施加一 定外力，使试样达到约20%的压缩变形。 的压缩变形。 定外力，使试样达到约 的压缩变形 加力必须均衡、稳步进行，防止冲击式地加力， 加力必须均衡、稳步进行，防止冲击式地加力，所施加的 力在整个试验过程中必须恒定不变，精度为± 力在整个试验过程中必须恒定不变，精度为±1% 。 加力后在内测初始变形，以后在规定时间间隔内测量变形， 加力后在内测初始变形，以后在规定时间间隔内测量变形， 一般时间间隔为100、1000、10000min；或1、2、4、7d， 一般时间间隔为 、 、 ； 、 、 、 ， 从而计算其蠕变值，蠕变测量的精度要求为± 从而计算其蠕变值，蠕变测量的精度要求为±0.1% 。
在恒定形变下应力随时间的衰减过程 拉伸一块未交联的橡胶到一定长度，并保持长度不变， 拉伸一块未交联的橡胶到一定长度，并保持长度不变， 随着时间的增长， 随着时间的增长，这块橡胶的回弹力会逐渐减小
原因？ 原因？
高聚物一开始被拉长时，其中分子处于不平衡的构象， 高聚物一开始被拉长时，其中分子处于不平衡的构象， 要逐渐过渡到平衡的构象， 要逐渐过渡到平衡的构象，也就是链段顺着外力的方向 运动以减少或消除内部应力
第六节-蠕变及应力松弛试验
和应力松弛就愈明显
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高分子材料分析与性能测试
第八节 疲劳试验
• 一块塑料片或细铁丝经过多次的弯折后会折断，这就 是材料的疲劳过程。
• 所有材料无论是合成的还是天然的都会受到疲劳现象 的影响。
• 80 ％～90 ％的设备使用损坏都是由疲劳引起的。
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高分子材料分析与性能测试
一、概念
• 疲劳试验分为拉压、弯曲、扭转、冲击、组合应力 等试验方法 。
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高分子材料分析与性能测试
杠杆式拉伸应力松弛仪
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高分子材料分析与性能测试
工作原理
• 平衡重锤 1 的重量和位置是固定的，由可移动重锤 2 的 位置来调节，通过载荷杆 4 加在试样上的负荷。
• 在初始时间 t0 时，快速施加一负荷，即可移动重锤 2 达 某一位置，使试样产生一定的形变和初始的应力，且使 杠杆支点“ o ”两边的力矩相平衡，此时触点开关 3 为 开启状态。
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高分子材料分析与性能测试
• 变形测量系统：在加载后，能随着加载时间的增加而 自动连续地侧定试样的形变。精度一般要求达到测定 形变的士 1 ％。
• 加热系统：温度和湿度的控制装置，采用恒温恒湿箱。 能自动连续地记录箱内温度和湿度的装置。
• 夹具：要求保证加载轴线与试样纵向轴线相重合，升 高载荷时，试样和夹具不允许有任何位移。
• 测试标准 GB 11546－1989
• 1．试验设备试验
• 加载荷系统：恒载荷和变载荷装置
• 形变小的材料，采用恒载荷装置；
• 形变较大的材料，由于试样的横截 面积变化较大，因此其应力变化也 大，为了保持其应力恒定，应采用 变载荷的加载装置。
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高分子材料分析与性能测试
apdl蠕变应力松弛
apdl蠕变应力松弛
APDL蠕变应力松弛（APDL creep stress relaxation）是一种用于分析材料在长时间加载下应力松弛行为的方法。
APDL代表ANSYS Parametric Design Language，是ANSYS软件中的一个编程语言，可以用于控制和定制有限元分析。
蠕变是指材料在持续应力加载下会发生的时间依赖性变形。
而蠕变应力松弛是指长时间内应力持续施加后，材料的应力逐渐减小的现象。
这种行为在很多工程领域中都有重要的应用，比如材料的稳定性分析和寿命预测等。
在APDL中，可以使用蠕变应力松弛命令来模拟蠕变应力松弛行为。
该命令可以通过指定加载时间、加载应力和材料的蠕变参数来模拟材料在长时间下的应力松弛行为。
通过分析蠕变应力松弛数据，可以得到材料的蠕变特性，比如蠕变指数和松弛率等。
使用APDL进行蠕变应力松弛分析需要考虑材料的蠕变特性和加载条件等因素，同时还需要进行合理的网格划分和求解设置等。
该方法可以帮助工程师更好地理解和预测材料在长时间加载下的行为，为工程设计和材料选择提供参考。
蠕变、应力松弛、滞后和内耗讲解
b.温度：当不变的情况下,T很高滞后几乎不出现,温 度很低,也无滞后.在Tg附近的温度下，链段既可运动 又不太容易，此刻滞后现象严重。
c. : 外力作用频率低时,链段的运动跟的上外力 的 变化,滞后现象很小.
外力作用频率不太高时,链段可以运动,但是跟不上外 力的变化,表现出明显的滞后现象. 外力作用频率很高时,链段根本来不及运动,聚合 物好像一块刚性的材料,滞后很小
蠕变、应力松弛、滞后和内耗
弹
– 由于物体的弹性作用使之射出去。
弹簧 – 利用材料的弹性作用制得的零件，在外力 作用下能发生形变（伸长、缩短、弯曲、扭转 等），除去外力后又恢复原状。
粘
– 同黏：象糨糊或胶水等所具有的、能使 一个物质附着在另一个物体上的性质。
理想弹性固体
受到外力作用形变很小，符合胡克定律 ＝E
图3 理想粘性流动蠕变
当聚合物受力时，以上三种形变同时发生聚合 物的总形变方程:
1
2 + 3
1
t1 t2
2 3
t
( t ) 1 2 3 -t
(1 e ) t E1 E2 3
•加力瞬间，键长、键角立即产生形变，形变直线 上升 •通过链段运动，构象变化，使形变增大 •分子链之间发生质心位移
一般认为，在小变形下，或低变形速率下，
高分子材料主要表现线性粘弹性
力学松弛或粘弹现象
聚合物的力学性质随时间变化的现象，叫力学松弛或 粘弹现象。
蠕变:固定和T, 随t增加而逐渐 增大
静态的粘弹性 （粘弹性） 力学松弛 动态粘弹性
(交变应力或 应变)
(恒定应力或应变)
蠕变和应力松弛的概念
蠕变和应力松弛的概念1. 嘿，你知道蠕变是啥不？蠕变啊，就像是一个偷懒的小虫子，慢慢地往前挪。
我给你说啊，就像那老房子的木头梁，时间久了，虽然没什么特别大的压力在上面，可它自己就慢慢地变形了，这就是蠕变。
它是材料在恒定应力作用下，随着时间的推移而发生的缓慢而持续的变形呢。
你可别小瞧这蠕变，有时候它就像个隐藏的小恶魔，悄悄地改变着东西的形状，等你发现的时候，可能就已经晚啦。
2. 应力松弛呢，这概念有点意思。
想象一下，你手里紧紧握着一个气球，刚握的时候气球被你捏得紧紧的，可过了一会儿呢，你感觉手没那么累了，气球好像也没那么紧了。
这就是应力松弛在搞鬼。
应力松弛就是在应变保持不变的情况下，应力随着时间的推移而逐渐减小的现象。
就像那根扎头发的皮筋，刚扎上的时候紧紧的，过段时间就松了，真让人有点小烦恼呢。
3. 蠕变这个东西啊，就像是一个慢性子的家伙。
比如说那铁轨，火车每天在上面跑来跑去，虽然每一次的压力都不是那种能一下子把铁轨压垮的程度，但是随着时间一天天过去，铁轨就会慢慢发生变形。
这就好比一个人每天吃一点点垃圾食品，短时间内看不出啥问题，但是时间长了，身体就会像铁轨一样，慢慢出现毛病。
哎呀，这蠕变还真是个不容易被发现的捣蛋鬼呢。
4. 应力松弛啊，就像一场力量的悄悄撤退。
你看那拧紧的螺丝，刚拧紧的时候，它紧紧地把两个东西固定在一起，应力可大了。
可是过了一段时间呢，你再去看，可能就没那么紧了。
这就像两个人刚开始热情似火地拥抱，抱得紧紧的，但是随着时间，那种紧紧的力量就没那么强烈了。
这应力松弛有时候真的很让人生气，好好的东西就因为它变得不那么牢固了。
5. 咱们再来说说蠕变吧。
你有没有见过那种老的塑料水管，用了很多年之后，它就变得弯弯扭扭的了。
这就是蠕变在起作用呢。
蠕变就像是一个无声的破坏者，在材料里面悄悄地搞破坏。
材料在恒定的应力下，就像一个一直被人轻轻推着的小车，虽然每次推的力量不大，但是时间长了，小车就偏离原来的位置了，这多可怕呀。
蠕变与应力松弛速度跟温度关系
蠕变与应力松弛速度跟温度关系
蠕变是固体材料在高温下受应力作用而发生的缓慢变形现象，
而应力松弛是指在一定的应变条件下，材料的应力会随着时间的推
移而逐渐减小。
这两个现象都与温度密切相关。
首先，从蠕变的角度来看，温度对材料的蠕变行为有着重要的
影响。
一般来说，随着温度的升高，材料的蠕变速度会增加。
这是
因为高温下材料的晶格结构更容易发生变化，原子之间的距离增大，从而导致材料更容易发生蠕变变形。
此外，高温下材料的位错运动
也更活跃，这也会导致蠕变速度的增加。
其次，从应力松弛速度来看，温度同样会对材料的应力松弛行
为产生影响。
一般来说，高温下材料的应力松弛速度会更快。
这是
因为高温下材料的内部结构更容易发生变化，原子和晶格之间的应
力分布更容易达到平衡状态，从而导致材料的应力松弛速度增加。
总的来说，温度对材料的蠕变和应力松弛速度都有着重要的影响。
随着温度的升高，材料的蠕变和应力松弛速度通常会增加。
因此，在工程设计和材料选择中，需要充分考虑材料在高温下的蠕变
和应力松弛特性，以确保材料在高温环境下的稳定性和可靠性。
橡胶制品的应力松弛、压缩永久变形、蠕变
原创：橡胶制品的应力松弛、压缩永久变形、蠕变橡胶制品受力时，使橡胶大分子聚集体离开势能变低或熵值较大的平衡，从而过度到势能变高或熵值较小的非平衡状态转变致使产生变形。
由于橡胶是黏性和弹性的结合体（液相-固体）,在产生变形时需要时间，造成橡胶在应力-应变受到形变的速度和温度等条件影响。
先提出三个概念：应力松弛：在一定环境条件下，将橡胶制品拉伸到一定长度（100%或200%）,观察定伸应力随着时间延长，应力逐渐变小的现象称之为应力松弛。
应力衰减的主要原因，胶条承受应力逐渐消耗与分子链运动时要克服黏性的内阻。
其特点是开始快而后变慢。
这就是我们经常见的橡皮筋初始咋扎力很大，一天过后就没有紧的缘故。
压缩永久变形：主要是受橡胶恢复能力所支配，影响恢复能力的因素有分子之间的作用力（粘性）、网络结构的变化或破坏、分子间的位移等。
当橡胶的变形是由于分子链的伸张引起的，它的恢复（或者永久变形的大小）主要由橡胶的弹性所决定，如果橡胶的变形还伴有网络的破坏和分子链的相对流动，这部分可以说是不可恢复的。
橡胶压缩永久变形的大小除了与橡胶的种类有关，其它的如填充剂的结构与粒径、硫化体系、增塑剂、硫化时间、测试的试样形状等因素都会影响到最终结果的大小。
而作为密封橡胶制品最为重要的一项指标，系统的开展各种不同因素单独或并存情况下对压缩永久变形的研究显得尤为重要。
蠕变：橡胶制品在一定温度环境中，受到拉伸、剪切或压缩力的作用下，变形会随着时间延长而逐渐变大，称之为蠕变（压缩永久变形，应力松弛从某种程度都可以归结为蠕变，个人观点理解仅供参考）。
蠕变变形回复速度：瞬间变形瞬间回复是可逆；延迟变形逐渐回复和黏流体变形不能回复。
分子链运动会使制品内部升温，延迟变形会随温度升高而加快。
所以设计配方需要注意：1、生胶的可塑度选择，要考虑制品的弹性模量，分子链断裂大小程度均以；2、生胶的并用不易过多，但胶种或两种；3、硫化体系最好选择平衡硫化体系；4、少量使用油和树脂等，避免造成应变不可回复；5、选用填充剂是，易分散，不能结团。
应力松弛和蠕变的模型和原理
应力松弛和蠕变的模型和原理应力松弛是指材料在一定的应力作用下，随着时间的推移，应力逐渐减小的现象。
应力松弛可以在高温、高应力或长时间作用下发生，它与材料的内部结构和微观运动有关。
蠕变是指材料在一定应力作用下，在一段较长时间内会产生徐变现象，即在应力作用下，材料会慢慢地变形。
应力松弛的模型和原理可以从两个方面来解释，即弹性变形和材料内部结构变化。
首先，从弹性变形的角度来看，应力松弛可以通过弹性模型来进行描述。
材料在受到外部应力作用时，会产生一定的弹性变形。
当应力持续作用时，材料的分子和晶格内部会发生弹性畸变，从而产生内应力。
这些内应力会逐渐使材料的原始应力减小，从而产生应力松弛现象。
其次，从材料内部结构变化的角度来看，应力松弛可以通过材料的内部结构演化进行解释。
材料的内部结构由分子、原子、晶粒等微观结构组成。
当材料受到应力作用时，这些微观结构会重新排列和变形，从而引发材料的应变和变形。
随着时间的推移，材料的内部结构会重新达到平衡状态，从而使应力逐渐减小，产生应力松弛现象。
蠕变是材料在一定应力作用下，长时间内发生的徐变现象。
蠕变可以通过材料的流变模型来进行解释。
蠕变的模型和原理可以从粘弹性和塑性变形两个方面来解释。
首先，从粘弹性的角度来看，蠕变可以通过粘弹性模型进行描述。
粘弹性是指材料同时具有弹性和粘性特性。
在蠕变作用下，材料会同时发生弹性变形和粘性变形。
弹性变形主要是由于材料的分子或晶粒内部发生位移和畸变，而粘性变形主要是由于材料内部分子的滑移和相对位移引起的。
蠕变的产生主要是由于长时间的粘性变形造成的。
其次，从塑性变形的角度来看，蠕变可以通过塑性流变模型进行解释。
在蠕变过程中，材料的内部结构会发生可塑性的变形，即原子、分子或晶粒之间的相对位移会发生变化，从而引发材料的塑性流动。
长时间的塑性流动会导致材料的徐变现象，从而产生蠕变。
综上所述，应力松弛和蠕变的模型和原理可以通过弹性变形、材料内部结构演化、粘弹性和塑性变形等方式进行解释。
蠕变及应力松弛试验
• 当试样发生应力松弛时，弹簧片逐渐回复原状，利 用差动变压器或应变电阻侧定弹簧片的回复形变， 然后换算成应力，即可测出高聚物试样的应力松弛 情况。
• CD 段，称为黏性流变，这是由于分子链之间产生了相 对滑动引起的形变，这种形变是会随时间无限发展的， 并且是不可逆形变。 • DE 段，为永久形变，由于黏性流动的不可逆形变造成 的。
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高分子材料分析与性能测试
蠕变的结果表示
• 蠕变应力：试样在加载后单位横截面上所承受的力
• 蠕变应变：试样在承受外力后单位长度的形变 • 蠕变模量：把蠕变应力与蟠变应变之比 • 在规定的温度和湿度下，在规定的时间内导致试验达 到规定的形变（应变）或导致试样断裂的应力称为蠕 变极限强度，用σt来表示。 • 蠕变断裂时间：从加满载荷时起，直至试样断裂时所 经过的时间称为，用τ来表示。
蠕变及应力松弛试验
• 一条已架设的硬聚氯乙烯管线，随着时间的增加它会 弯曲变形；一件经常挂在墙上的雨衣，由于它本身的 自重也会使它沿着悬挂方向变形。这些现象都认为是 材料的蠕变现象。 • 将一条橡皮拉伸到一定长度并使之固定起来，橡皮同 部会产生与所加外力大小相等方向相反的应力（弹 力），这种弹力会随着时间的延长而逐渐减小，慢慢 地松弛下来，这就是应力松弛。 • 蠕变现象是在恒定应力下形变随时间的发展过程； • 应力松弛是在恒定形变下应力随时间的衰减过程。 • 蠕变和应力松弛现象严重，意味着高聚物制品的尺寸 不稳定。
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高分子材料分析与性能测试
应力松弛仪示意图
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高分子材料分析与性能测试
工作原理
• 利用模量比试样的模量大得多的弹簧片，通过弹簧 片的形变来检测高聚物试样被拉伸时的应力松弛。 • 试样臵于恒温箱中，并且同弹簧片相连，当试样被 拉杆拉长时，弹簧片同时向下弯曲，试样拉伸应变 的大小由拉杆调节。 • 拉伸力为弹簧片的弹性力，通过差动变压器或应变 电阻测定弹簧片的形变量来确定。
聚合物的蠕变,应力松弛,滞后和内耗
在聚合物科学中，蠕变、应力松弛、滞后和内耗是与聚合物材料的力学行为相关的术语。
蠕变（Creep）：蠕变是指在持续受到应力的情况下，聚合物材料会随着时间的推移发生形变。
蠕变是一个时间依赖的现象，即应力施加时间越长，形变越明显。
蠕变通常由于聚合物链的重新排列和滑移引起，导致聚合物结构的变化。
蠕变是一种可逆现象，当去除应力时，材料会回弹至原始形态。
应力松弛（Stress relaxation）：应力松弛是指在一定的应变条件下，聚合物材料所受的应力会随着时间的推移逐渐减小。
这是因为聚合物链在应力作用下发生重排，使得材料内部的应力逐渐减小。
与蠕变不同，应力松弛通常是在给定应变条件下观察到的。
滞后（Hysteresis）：滞后是指聚合物材料在循环加载和卸载的过程中，其应力和应变之间存在的差异。
在加载期间，聚合物会表现出较高的应力响应，但在卸载期间，应力并不完全消失。
这种差异是由于聚合物链的结构重排和能量耗散引起的。
滞后现象常见于高分子弹性材料，如弹簧和橡胶。
内耗（Internal friction）：内耗是指聚合物材料在受力或形变时，由于分子内部摩擦和相互作用而产生的能量损耗。
内耗可以导致材料的能量耗散和温升。
聚合物材料的内耗通常与材料的分子结构、聚合度和温度等因素有关。
内耗在聚合物的动态力学性能和阻尼特性中起着重要作用。
这些现象在聚合物工程和材料科学中具有重要的应用。
研究和了解聚合物的蠕变、应力松弛、滞后和内耗行为对于设计和开发具有特定力学性能和可靠性的聚合物制品非常重要。
蠕变、应力松弛、滞后、内耗
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。
蠕变及应力松弛试验课件
演变规律。
解释
02
结合材料的微观结构和物理机制，解释蠕变及应力松弛行为的
机理和影响因素。
应用
03
将分析结果应用于实际工程中，为材料选择、结构设计等提供
依据。
05
试验结果应用
材料性能评估
材料蠕变特性分析
通过蠕变试验，可以分析材料在不同 温度和应力条件下的长时间变形行为 ，从而评估材料的抗蠕变性能。
在试验过程中，试验人员应佩戴必要 的安全防护用品，如防护眼镜、手套 、实验服等，以防止样品飞溅、烫伤 等意外伤害。
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影响因素
温度、应力和材料类型是 影响蠕变行为的三大因素 。
蠕变试验方法
恒温蠕变
在恒定温度Байду номын сангаас，对材料施加恒定 的应力，并测量其变形量随时间
的变化。
温度扫描蠕变
在不同温度下进行蠕变试验，以研 究温度对材料蠕变行为的影响。
应力扫描蠕变
在不同应力水平下进行蠕变试验， 以研究应力对材料蠕变行为的影响 。
蠕变曲线分析
在试验过程中，应严格按照设备操作手册进行操作，避免因误操作导致设备损坏或 人员伤害。
在设备运行过程中，应保持设备的稳定性和安全性，避免因剧烈振动或移动导致设 备失稳或样品破裂。
试验样品安全存储与处理
试验样品应妥善存储，避免其 受到环境因素（如温度、湿度 ）的影响，确保其性能稳定。
在处理样品时，应采取必要的 安全措施，如佩戴防护眼镜、 手套等，以防止样品飞溅或烫 伤等意外伤害。
应力松弛曲线
描述材料内部的应力随时间的变 化。
分析方法
对曲线进行积分或微分，得到松 弛时间和模量等参数。
应用
应力松弛法测粘度
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。
第六节 蠕变及应力松弛试验
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高分子材料分析与性能测试
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高分子材料分析与性能测试
杠杆式拉伸应力松弛仪
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高分子材料分析与性能测试
工作原理
• 平衡重锤 1 的重量和位臵是固定的，由可移动重锤 2 的 位臵来调节，通过载荷杆 4 加在试样上的负荷。 • 在初始时间 t0 时，快速施加一负荷，即可移动重锤 2 达 某一位臵，使试样产生一定的形变和初始的应力，且使 杠杆支点“ o ”两边的力矩相平衡，此时触点开关 3 为 开启状态。
• 随着时间的增长，杠杆逐渐失去了平衡，由于支点“ O ” 左侧的力矩变小，而使杠杆向右侧倾斜面落下，使触点 开关 3 落下后处于闭合状态。这时驱动马达 5 工作，驱 使可移动重锤 2 向力矩减小的方向移动，直至使载荷杆 4 重新达到平衡，触点开关 3 重新开启。
• 随着时间的延长，左侧力矩又继续变小，重复以上过程
• 当试样发生应力松弛时，弹簧片逐渐回复原状，利 用差动变压器或应变电阻侧定弹簧片的回复形变， 然后换算成应力，即可测出高聚物试蠕变和应力松弛试验的影响因素
• （一）温度的影响 • 不同温度下蠕变和应力松弛的速率也不同，温度越高，蠕 变和应力松弛速率越大，蠕变值和应力松弛值也越大。 • （二）压力的影响 • 增大压力可以使材料的自由体积减小，降低了分子链段的 活动性，即降低了柔量。 • （三）聚合物分子量的影响 • 物理蠕变和物理应力松弛的产生有一部分来自分子链的缠 结而产生的黏性和弹性。 • 当这种黏性是蠕变的决定因素时，形变与时间呈线性关系， 蠕变速率恒定。 • 黏性与高聚物的分子量有关。当分子量较小时，熔融黏度 与分子量成正比；分子量足够大时，熔融黏度与分子量的 3 . 4 ～ 3 . 5 次幕成正比。 高分子材料分析与性能测试
应力松弛举例说明
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。
蠕变和应力松弛名词解释
蠕变和应力松弛名词解释
嘿，你知道啥是蠕变不？打个比方哈，就像一块橡皮，长时间被压着，它就会慢慢地变形，这就是蠕变啦！想象一下，一些材料在持续
的外力作用下，随着时间慢慢发生变形，就像那慢慢流淌的溪水，不
知不觉中改变了河道。
那应力松弛又是啥呢？好比你拉着一根橡皮筋，刚开始拉得紧紧的，可过了一段时间，你会发现它没那么紧了，这就是应力松弛呀！就好
像一个人一直紧绷着神经，时间久了也会慢慢放松下来。
咱就说，生活中很多东西都有这样的现象呢！比如那些老旧的桥梁，长时间承受车辆的重压，不就会发生一些微小的变形嘛，这其实就是
蠕变在起作用呀！还有那些用久了的弹簧，是不是感觉没那么有弹性了，这就是应力松弛导致的呀！
再想想看，我们的身体有时候也会这样呢！长时间保持一个姿势，
肌肉不就会有点酸嘛，这也有点像材料的蠕变呀！而当我们紧张过后，会感觉一下子轻松了很多，这也跟应力松弛有点像呢！
蠕变和应力松弛可真是两个很奇妙的概念呀！它们在工程领域、材
料科学里都有着非常重要的地位呢！没有它们的研究，我们怎么能造
出更坚固、更耐用的东西呢？所以呀，可别小看了这两个名词，它们
背后蕴含的意义和价值可大着呢！它们就像隐藏在材料世界里的小秘密，等待着我们去探索和发现呀！。
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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
kT
b 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 -=，4
6m =，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 dt
εσσ-=-。
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 d
εσ-
=
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。
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。
00
()[()(1)]t
t C C f e d τεσττ∞
-=+-⎰
其中：σ是加载应力，0C 是瞬时蠕变柔度，C 是蠕变柔度系数，τ是延迟时间，()f τ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。
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)P P K rt ∆=+ 0/+ln P P a b t ∆=
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：
dF K
dt t
=，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。
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
E
RT k Ae
-=
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。