对蠕变的初步认识
蠕变——精选推荐
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。
蠕变分析
4.4蠕变分析4.4.1 蠕变理论4.4.1.1 定义蠕变是率相关材料非线性，即在常荷载作用下，材料连续变形的特性。
相反如果位移固定，反力或应力将随时间而变小，这种特性有时也称为应力松驰，见图4-18a。
图4-18应力松弛和蠕变蠕变的三个阶段如图4-18b所示。
在初始蠕变阶段，应变率随时间而减小，这个阶段一般发生在一个相当短的时期。
在第二期蠕变阶段，有一个常应变率，所以应变以常速率发展，在第三期蠕变阶段，应变率迅速增加直到材料失效。
由于第三期蠕变阶段所经历的时间很短，材料将失效，所以通常情况下，我们感兴趣的是初始蠕变和第二期蠕变。
ANSYS程序中的蠕变行为用来模拟初始蠕变和第二期蠕变。
蠕变系数可以是应力、应变、温度、时间或其它变量的函数。
在高温应力分析中(如核反应堆等)，蠕变分析非常重要。
例如，假设在核反应堆中施加了预荷载，以保证与相邻部件保持接触而不松开。
在高温下过了一段时间后，预荷载将降低(应力松驰)，可能使接触部件松开。
对于一些材料如预应力砼，蠕变也可能十分重要。
最重要的是要记住，蠕变是永久变形。
4.4.1.2 理论介绍蠕变方程：我们通过一个方程来模拟蠕变行为，此方程描述了在实验中观测到的主要特征（特别是在一维的拉伸实验中）。
这个方程以蠕应变率的方式表示出来，其形式如下：上式中，A、B、C、D是从实验中得到的材料常数，常数本身也可能是应力，应变，时间或温度的函数，这种形式的方程被称为状态方程。
上式中，当常数D为负值时，蠕应变率随时间下降，材料处于初始蠕变阶段，当D为0时，蠕应变率为常值，材料处于第二期蠕变阶段。
对于2－D或3－D应力状态，使用VON Mises方程计算蠕应变率方程中所使用的标量等效应力和等效应变。
对蠕变方程积分时，我们使用经过修改的总应变，其表达式为:经过修改的等效总应变为:其等效应力由下式算出：其中：G=剪切模量＝等效蠕应变增量由程序给出的某一种公式进行计算，一般为正值，如果在数据表中，则使用的是衰减的蠕应变率而不是常蠕变率，但这个选项一般不被推荐，因为在初始蠕变所产生的应力为主的情况下，它可能会严重的低估蠕变值。
蠕变变形过程
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。
分子动力学蠕变
分子动力学蠕变
蠕变是一种材料在高温和高应力环境下发生的塑性变形现象。
通过分子动力学模拟，我们可以更好地理解蠕变的本质和机制。
首先，蠕变是由原子或分子的运动引起的。
在高温下，原子或分子具有足够的能量来克服相互作用力，从而发生位置的改变。
这个过程被称为原子扩散。
在高应力的作用下，原子或分子会沿着应力方向移动，导致材料产生塑性变形。
为了研究和模拟蠕变现象，分子动力学模拟是一种常用的方法。
在这个模拟中，材料被建模为一组粒子，每个粒子代表一个原子或分子。
通过施加合适的力场和势能函数，模拟中的粒子会根据牛顿运动定律进行运动。
通过观察粒子的运动轨迹和相互作用，我们可以获得关于蠕变的重要信息。
在进行分子动力学模拟时，需要注意一些关键因素。
首先，模拟所使用的力场和势能函数应该准确地描述材料的物理特性和相互作
用。
其次，模拟中的时间步长和模拟时间应该足够小和足够长，以确保精确的结果。
此外，模拟中的温度和应力也需要根据实际情况进行合理选择。
通过分子动力学模拟，我们可以研究不同材料在不同条件下的蠕变行为。
例如，我们可以研究金属材料在高温和高应力下的蠕变速率和变形机制。
这些研究对于改进材料的抗蠕变性能和设计更耐久的结构具有重要意义。
综上所述，分子动力学模拟是研究和理解蠕变现象的重要工具。
通过模拟粒子的运动和相互作用，我们可以揭示蠕变的本质和机制。
在进行分子动力学模拟时，我们需要注意选择适当的力场和势能函数，以及合理设置模拟参数。
通过这些努力，我们可以为材料科学和工程领域的蠕变问题提供有价值的解决方案。
蠕变 形变的区别
蠕变形变的区别在材料科学和工程技术领域，对材料的力学行为研究至关重要。
蠕变和形变是描述材料在力的作用下产生变形的两种现象。
本文将详细阐述蠕变与形变的区别，以帮助读者更好地理解这两种力学行为。
一、蠕变蠕变是指材料在保持恒定应力或应变的情况下，随时间推移而产生的持续变形。
蠕变现象通常在高温、高压以及长时间作用下较为明显。
蠕变过程可以分为三个阶段：初期蠕变、稳态蠕变和加速蠕变。
1.初期蠕变：在施加应力初期，材料变形速率较快，但随时间推移，变形速率逐渐减小。
2.稳态蠕变：在初期蠕变之后，材料的变形速率趋于稳定，保持恒定的应力或应变条件下，材料以较慢的速率持续变形。
3.加速蠕变：在长时间作用下，材料内部结构发生变化，导致变形速率加快，最终可能导致材料断裂。
二、形变形变是指材料在外力作用下，产生形状、尺寸、结构等变化的现象。
形变可以分为弹性形变、塑性形变和粘弹性形变。
1.弹性形变：在外力作用下，材料产生可逆的形状变化，去除外力后，材料能够恢复到原始状态。
2.塑性形变：当外力超过材料的弹性极限时，材料产生不可逆的形状变化，去除外力后，材料不能完全恢复到原始状态。
3.粘弹性形变：材料在受到周期性应力或应变作用下，表现出既有弹性又有粘性的形变特性。
三、蠕变与形变的区别1.时间依赖性：蠕变是一个时间依赖性过程，材料在保持恒定应力或应变条件下，随时间推移产生变形；而形变通常是指在外力作用下，材料产生的即时变形。
2.变形速率：蠕变过程中，材料变形速率逐渐减小，最终趋于稳定；而形变过程中，材料变形速率与外力大小和作用时间有关，不具有蠕变过程中的时间依赖性。
3.可逆性：蠕变产生的变形通常是不可逆的，而弹性形变是可逆的。
塑性形变和粘弹性形变在去除外力后，部分或全部不可逆。
4.温度依赖性：蠕变现象在高温条件下更为明显，而形变现象对温度的依赖性相对较小。
总结：蠕变和形变是描述材料在力的作用下产生变形的两种现象。
蠕变是一个时间依赖性过程，具有温度依赖性，产生的变形通常是不可逆的；而形变包括弹性、塑性和粘弹性形变，其变形速率与外力大小和作用时间有关，可逆性因材料类型和变形程度而异。
蠕变的原理
蠕变的原理说起蠕变的原理，我有一些心得想分享。
你有没有发现，那种老房子的墙根啊，经过好些年之后，会出现一些慢慢的变形，就好像有个无形的手在一点点挤压它一样。
这其实有点像材料的蠕变现象呢。
所谓蠕变，简单说就是材料在恒载持续作用下，随着时间的推移不断发生缓慢塑性变形的现象。
我最开始接触到这个概念的时候也是一头雾水啊。
咱们打个比方吧，想象材料里面有一个个小小的“微观士兵”，正常情况下，它们按照一定的规则排列守着自己的岗位，当我们给材料施加一个持续的力量，就好像来了一伙儿捣乱的敌人，这些“微观士兵”开始抵挡不住了，慢慢地，他们的阵型就被打乱，然后就会引起材料整体的“队形”慢慢变形，这个变形就是我们看到的蠕变。
说到这里，你可能会问，那什么样的材料容易发生蠕变呢？其实高温下的金属就是一个典型。
比如说热电厂里面那些在高温环境下长期运行的金属管道，持续受到内部蒸汽压力和高温的双重作用，就像在重重压力下艰难生存的人一样，时间久了就会发生蠕变。
如果蠕变严重的话，管道可能会破裂，这就是蠕变可能带来的危害。
有意思的是，我曾经以为只有金属会有这种现象，后来发现像塑料等材料也有。
塑料在长期受到重压下，比如那种一直被重物压着的塑料储物箱底部，时间久了也会变形，这也是一种蠕变，只是和金属的蠕变在机理上会有些区别。
不过我得承认，有些更深入的关于不同材料蠕变的微观机理差异，我到现在还不是很透彻地理解。
在实际应用里，为了避免金属结构因为蠕变而损坏，我们在设计一些高温设备的时候，比如锅炉啊，就得考虑选用那些抗蠕变性能好的材料，还要考虑这个设备的使用年限。
对于我们来说，知道蠕变这个原理后，如果家里有一些塑料制品或者金属制的用品，要是需要长时间承受重压或者受到高温环境影响，我们就得小心它可能发生的变形了。
这也让我有个延伸思考啊，在一些古老的建筑物修复中，是不是也要考虑到建筑材料的蠕变现象对整体结构的影响呢？如果考虑到这个原理，可能修复和保护就会有新的思路了。
蠕变
疲劳的 特点
蠕变与 疲劳
蠕变与疲劳
蠕变的现 象与定义
蠕变形 成与断 裂机理
疲劳的 现象
蠕变与疲劳的不同之处： 蠕变所施加的应力是恒力，需要较大的应力 才能使材料断裂； 疲劳所施加的应力是周期性变化的，在较低 的应力下即可使材料断裂。
蠕变与疲劳的相同之处： 二者都会对材料产生不可逆转的伤害， 甚至造成安全事故。
疲劳的 现象
疲劳的 特点
蠕变与 疲劳
蠕变与疲劳
蠕变的现 象与定义
蠕变形 成与断 裂机理
疲劳的 现象
(a)给定温度,不同应力下的
蠕变曲线
(b)给定应力,不同温度下的
蠕变曲线
疲劳的 特点
由这两张图可知：应力的大小和温度的高低 会对金属材料的蠕变产生影响。
蠕变与 疲劳
蠕变与疲劳 蠕变现象的基本性质
蠕变的现 象与定义
蠕变
疲劳
蠕变与疲劳
蠕变的现 象与定义
蠕变形 成与断 裂机理
疲劳的 现象
疲劳的 特点
蠕变与 疲劳
蠕变变形
蠕变断裂
蠕变与疲劳
蠕变的现 象与定义
蠕变形 成与断 裂机理
蠕变是高温下金属力学行为的一个重要 特点。就是金属在长时间的恒温、恒载荷 （保持应力不变）作用下缓慢的产生塑性变 形的现象。而后导致金属材料断裂。
蠕变形 成与断 裂机理
疲劳的 现象
当这种加工硬化与回复成平衡状态时就是稳态 蠕变。所以实际上蠕变的位错理论可以总结为是加 工硬化产生的位错增殖与回复的竞争过程。
Hale Waihona Puke 疲劳的 特点3、加速蠕变阶段 一般认为，加速蠕变段的原因有两个：一 是晶界的应力集中引起的微小裂纹；另一个是点 阵缺陷在晶界处析出，在这里产生空位。此外， 还需考虑试样本身出现的颈缩。这些加在实际应 力上，就导致了蠕变速度越来越快。
蠕变
焊接区热影响区示意图
熔敷金属和热影 响区往往硬化，而在 热影响区和原母材取 交界附近常常发生某 种程度的软化。不同 的金属焊接时，焊接 边界和熔合区及其边 界容易出现组织和材 质方面的缺点。 另外，由于焊接 残余应力的影响，蠕 变特性也有一些变化。
2.2、较高温度或较高应力作用下
蠕变曲线的形状如同上图σ 2，T2所示 Ⅰ减速蠕变（ab段）：该段的蠕变又称β 蠕变 ε = ε 0+ β t1/3 Ⅱ稳态蠕变（bc段）：该段的蠕变又称κ 蠕变 ε = c + κ t Ⅲ加速蠕变（cd段）：该段的蠕变又称γ 蠕变,目前 尚无一致公认的表达式。 将β 蠕变与κ 蠕变相叠加，则得到这两个阶段导 致的总的蠕变应变表达式： ε = ε 0+ β t1/3 + κ t
目前比较公认的是以位错理论对蠕变做出 的解释，但目前仍然停留在定性阶段。 位错理论可以用下图来简单表示：
施加应力 各晶粒内出现位错增殖 晶内加工硬化（低温时） 温度升高 热振动、原子扩散加剧
Balance
位错相消
回复（位错易移动）
3.2、对稳态蠕变的理论解释
当这种加工硬化与回复成平衡状态时就是 稳态蠕变。 所以实际上蠕变的位错理论可以总结为是 加工硬化产生的位错增殖与回复的竞争过 程。
4.2 持久强度
持久强度：在给定温度T(℃)下，在规定时 间内t(h)内发生蠕变断裂的应力，记做
tT , 1700 30 N / mm2 10
3
一般认为，在给定温度下的持久强度和断裂 寿命有如下关系： t=Aσ –β 其中，A、β 是与试验温度、材料有关的常数。
4.3 持久塑性
晶粒大小 一般地说，在低温下，晶粒小的材料比晶 粒大的材料蠕变强度高；在高温下，晶粒大 的材料蠕变强度高；当温度介于两者之间 时，蠕变强度在某一晶粒度下最小，大于或 者小于这一晶粒度，蠕变强度都将加大。 在低温下，蠕变主要是晶内滑移引起的， 所以晶界多的细晶材料蠕变强度高；但在高 温下，蠕变主要是晶界滑移引起的，所以晶 界少的粗晶材料蠕变强度高。
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。
材料力学蠕变分析知识点总结
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。
材料蠕变
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。
蠕变变形机理
蠕变变形机理蠕变变形机理是指材料在高温下受到外力作用而产生形变的一种现象。
蠕变变形机理的研究对于工程材料的设计和使用具有重要意义。
本文将从蠕变的定义、分类和机理等方面进行阐述。
蠕变是一种时间依赖性的塑性变形，主要发生在高温下。
在高温下，材料的晶粒会发生迁移和排列，从而引起材料的塑性变形。
蠕变变形可以分为三种类型：原始蠕变、次级蠕变和应力蠕变。
原始蠕变是指在初期应力下材料发生的蠕变，次级蠕变是指在原始蠕变之后的继续蠕变，应力蠕变是指在高应力下材料发生的蠕变。
蠕变变形机理可以通过两种主要的机制来解释：晶体滑移和晶界扩散。
晶体滑移是指晶体中原子沿晶体晶面滑动而引起的塑性变形。
晶界扩散是指晶体晶界上的原子通过扩散在晶界上进行移动而引起的塑性变形。
晶体滑移机制是蠕变变形的主要机制之一。
晶体滑移主要发生在晶体中的晶面上。
当材料受到外力作用时，晶面上的原子会沿着滑移方向滑动，从而引起晶体的变形。
晶体滑移机制的主要特点是滑移面和滑移方向的选择性，即只有滑移面和滑移方向符合一定的几何关系时，滑移才能发生。
晶界扩散机制是蠕变变形的另一种重要机制。
晶界扩散是指晶体晶界上的原子通过扩散在晶界上进行移动而引起的塑性变形。
晶界扩散机制的主要特点是晶界上的原子通过扩散和迁移引起材料的塑性变形。
晶界扩散机制主要发生在晶界区域，晶界的几何形貌和晶界的能量密度对晶界扩散的影响很大。
除了晶体滑移和晶界扩散机制外，还有其他一些机制对蠕变变形有影响。
例如，在一些特殊的材料中，晶体的位错运动也可以引起蠕变变形。
此外，材料中的孔隙和裂纹也会对蠕变变形产生影响。
蠕变变形是材料在高温下受到外力作用而产生塑性变形的一种现象。
蠕变变形机理主要通过晶体滑移和晶界扩散等机制来解释。
了解蠕变变形机理对于工程材料的设计和使用具有重要意义，可以提高材料的使用寿命和安全性。
希望通过对蠕变变形机理的研究，能够进一步推动材料科学的发展和应用。
流变学蠕变
流变学蠕变摘要：1.流变学简介2.蠕变现象的定义和分类3.蠕变试验及其应用4.影响蠕变因素的分析5.蠕变控制方法探讨6.蠕变在工程领域的实例正文：一、流变学简介流变学是一门研究物质在应力作用下形变规律的学科。
它主要研究物质在不同应力下的形变特性，包括弹性、粘性和塑性等。
流变学在工程、地质、生物等领域具有广泛的应用。
二、蠕变现象的定义和分类蠕变是指材料在长时间内受到恒定应力作用而发生塑性变形的现象。
根据应力类型和变形特点，蠕变可以分为以下几类：1.应力蠕变：在恒定应力作用下的蠕变，如金属材料的蠕变。
2.应变蠕变：在恒定应变条件下的蠕变，如土壤和岩石的蠕变。
3.热蠕变：在温度变化引起的应力作用下的蠕变，如焊接结构的热蠕变。
4.腐蚀蠕变：在腐蚀环境下受力材料的蠕变，如钢铁结构的腐蚀蠕变。
三、蠕变试验及其应用蠕变试验是衡量材料蠕变性能的重要方法。
通过蠕变试验，可以评估材料的持久强度、耐疲劳性能和可靠性。
蠕变试验在材料科学研究、工程设计和实际应用中具有重要意义。
四、影响蠕变因素的分析1.材料性质：材料的弹性模量、屈服强度、断裂强度等性能指标对蠕变变形有重要影响。
2.应力水平：应力越大，蠕变变形越明显。
3.温度：温度对蠕变性能有显著影响，高温环境下材料的蠕变速度加快。
4.加载速率：加载速率越快，蠕变变形越小。
五、蠕变控制方法探讨1.合理设计材料：选用具有良好蠕变性能的材料，降低蠕变对结构的影响。
2.优化应力分布：合理分配结构中的应力，降低局部应力集中，减少蠕变损伤。
3.冷却措施：在高温环境下采用冷却措施，降低材料的蠕变速度。
4.改进加载方式：采用渐进式加载，减小加载速率对蠕变的影响。
六、蠕变在工程领域的实例1.桥梁和塔架结构：长期受荷载作用的桥梁和塔架结构，蠕变可能导致结构变形和裂缝。
2.核电站设备：核电站设备长时间在高温、高压环境下工作，蠕变可能导致设备损坏和事故。
3.石油管道：长距离输油、输气管道在内外压力作用下，蠕变可能导致管道变形和泄漏。
材料的蠕变性研究了解材料在高温下的变形特性和性能
材料的蠕变性研究了解材料在高温下的变形特性和性能材料的蠕变性是指当材料在高温下受到恒定应力作用时，会发生持续的塑性变形。
蠕变是一种非常常见的材料变形方式，对于工程结构的设计和使用具有重要意义。
蠕变性能的研究可以帮助工程师更好地了解材料的变形特性，从而预测和控制材料在高温环境下的性能。
一、蠕变现象的基本特点在高温下，材料的原子和晶体结构会发生变化，从而导致材料的塑性变形。
蠕变现象具有以下几个基本特点：1. 时间依赖性：材料在高温下受到应力作用后，其变形量会随时间的推移而逐渐增加，这是蠕变现象最基本的特点。
2. 应力依赖性：材料的蠕变变形与应力大小直接相关，应力越大，蠕变变形越显著。
材料在同一应力下，随着时间的推移，蠕变速率会逐渐减小。
3. 温度依赖性：蠕变现象主要发生在高温下，温度越高，蠕变变形越明显。
4. 微观结构演化：在材料蠕变中，晶体结构会发生位错滑移、晶粒的扩散和再结晶等微观结构演化过程。
二、影响蠕变性能的因素材料的蠕变性能受到多个因素的影响，主要包括：1. 温度：温度是影响蠕变特性的最主要因素，温度升高会加速材料的蠕变变形。
2. 应力：应力大小直接影响材料的蠕变速率，应力越大，蠕变变形越明显。
3. 时间：蠕变性能是时间依赖的，蠕变变形量会随时间的增加而逐渐增大。
4. 材料的组织结构：晶体结构、晶粒尺寸和晶界等对蠕变性能有着重要影响。
三、蠕变的分类根据变形模式和应力状态的不同，蠕变可以分为三种基本形式：压蠕变、拉蠕变和挤压蠕变。
1. 压蠕变：压蠕变是指材料在受到恒定压应力作用下发生的蠕变变形。
在压蠕变中，材料会发生侧向蠕变，即材料在压应力方向上会逐渐变薄。
2. 拉蠕变：拉蠕变是指材料在受到恒定拉应力作用下发生的蠕变变形。
在拉蠕变中，材料会发生颈缩现象，即在应力方向上逐渐变瘦。
3. 挤压蠕变：挤压蠕变是指材料在受到恒定挤压应力作用下发生的蠕变变形。
在挤压蠕变中，材料会发生径向蠕变，即材料在径向上逐渐变薄。
材料力学中的蠕变行为分析
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。
蠕变基本知识
蠕变蠕变：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。
蠕变定义蠕变（creep）(缓慢变形) （德语名：kriechen）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。
蠕变曲线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,称该温度为蠕变温度。
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1 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。
《材料的蠕变》课件
陶瓷材料的蠕变特性
01
陶瓷材料在高温环境下也能发生蠕变现象，但其形 变行为与金属材料和高分子材料有所不同。
02
陶瓷材料的蠕变速率通常较低，但在高温和强氧化 环境下容易发生脆性断裂。
03
陶瓷材料的蠕变特性与其晶体结构和显微组织有关 ，晶粒越小、晶界越多，蠕变速率越低。
04
蠕变现象的物理机制
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
蠕变现象的发现
蠕变现象的早期观察
早在古希腊时期，人们就注意到材料在长时间受力的过程中会发 生缓慢的形变。
科学研究的进展
随着工业革命的发展，材料在高温、高压等极端环境下的蠕变行为 引起了科学家的关注。
现代研究与应用
现代材料科学和工程领域对蠕变现象进行了深入研究，广泛应用于 石油、化工、航空航天等领域。ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
地热能领域
地热发电站利用地下热能产生电力。 在地热发电站中，高温环境下的管道 和设备材料会发生蠕变，影响发电效 率和设备寿命。
在交通运输领域的应用
航空航天领域
飞机和火箭发动机在高温环境下工作，发动机材料如高温合金会经历蠕变。蠕 变性能对发动机的性能和安全性有重要影响。
汽车领域
在高温环境下，汽车发动机和变速器中的金属材料会发生蠕变，这会影响汽车 的性能和寿命。了解材料的蠕变性能有助于优化汽车设计和提高其可靠性。
蠕变能力。
热处理
通过控制金属材料的热处理过程 ，调整其内部结构，提高抗蠕变 性能。例如，对钢铁进行淬火、 回火等处理，可以提高其抗蠕变
性能。
形变强化
通过冷加工等方式使金属材料产 生形变，增加其内部的位错密度
，从而提高抗蠕变性能。
材料的蠕变特性研究
材料的蠕变特性研究材料的蠕变特性是指在一定温度、应力条件下，材料由于内部结构的变化而导致的形变现象。
蠕变特性是许多工程设计和材料选择的重要参数，对于保证工程结构的安全性和可靠性至关重要。
本文将对材料的蠕变现象进行研究，并探讨其对工程应用的影响。
1. 蠕变现象的定义与分类蠕变是材料在恒定应力下形成的渐进性变形。
蠕变分为三个阶段：瞬时蠕变、主要蠕变和次要蠕变。
瞬时蠕变是指材料在应力加载后立即发生的瞬间变形，主要蠕变是指随时间逐渐增长的变形，而次要蠕变是指主要蠕变达到一定程度后逐渐减缓的变形。
2. 材料蠕变的原因材料蠕变的原因主要有两个方面：结构性蠕变和化学性蠕变。
结构性蠕变是指材料内部晶格结构的变化，包括位错滑移、裂纹扩展等。
化学性蠕变是指材料在高温下与周围环境发生反应而导致的结构变化，如氧化、硫化等。
3. 材料蠕变的影响因素材料蠕变的程度受到温度、应力、时间以及材料内部/外部环境等因素的影响。
较高的温度和应力将加速材料蠕变过程，而时间的延长也会增加蠕变程度。
此外，材料的纯度、晶体结构、缺陷等也会对蠕变性质产生影响。
4. 材料蠕变的测试与评估对于评估材料的蠕变特性，常用的方法包括蠕变试验和蠕变曲线的拟合。
蠕变试验是通过施加一定应力和温度条件下对材料进行持续加载，记录其变形和时间的关系，从而得到蠕变曲线。
通过对蠕变曲线的拟合，可以获得蠕变参数和评估材料的蠕变性能。
5. 材料蠕变的工程应用材料的蠕变特性对工程应用有重要的影响。
例如，在高温环境下的结构材料选择时，需要考虑其蠕变特性，以保证其长期使用的安全性。
同时，对于一些需要承受持续应力的工程结构，如汽车引擎零件、石油化工设备等，也需要考虑材料的蠕变特性，以保证其可靠性和寿命。
结论材料的蠕变特性是材料科学中的重要研究内容，对于工程设计和材料选择具有重要意义。
了解材料的蠕变现象及其影响因素，能够帮助工程师和科研人员在实际应用中选择合适的材料，从而确保工程结构的安全可靠性。
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对蠕变的初步认识
温度对金属材料力学性能的影响很大，随着温度升高，材料的强度降低而塑性增加；而材料在高温下，载荷持续时间对力学性能也会产生影响。
因此，在高温下工作的材料，其力学性能与温度和时间两个因素有关。
所谓高温，是指金属
的服役温度超过了它的再结晶温度约0.4~0.5T
m ，T
m
是金属的熔点。
在这样的高温
下长时服役的金属，其微观结构、形变和断裂机制都会发生变化，在宏观上则会出现高温蠕变、持久断裂、应力松弛、高温腐蚀等现象。
材料在恒定应力作用下，其应变随时间的延长而逐渐增加的现象称为蠕变。
由于蠕变而导致的断裂称为蠕变断裂。
金属在低温下也会产生蠕变，但通常只有当温度升高到0.3T
m
以上时，蠕变现象才会比较显著。
金属在高温下还会发生应力松弛现象，即在保持应变恒定的情况下，应力随着时间延长而减小的现象。
由于蠕变和应力松弛的发生，应力和应变之间已不是单值的对应关系，而必须考虑温度和时间的影响。
温度对金属材料力学性能的影响很大，随着温度升高，材料的强度降低而塑性增加；而材料在高温下，载荷持续时间对力学性能也会产生影响。
因此，在高温下工作的材料，其力学性能与温度和时间两个因素有关。
所谓高温，是指金属
的服役温度超过了它的再结晶温度约0.4~0.5T
m ，T
m
是金属的熔点。
在这样的高温
下长时服役的金属，其微观结构、形变和断裂机制都会发生变化，在宏观上则会出现高温蠕变、持久断裂、应力松弛、高温腐蚀等现象。
1. 蠕变曲线
蠕变：材料在恒定应力作用下，其应变随时间的延长而逐渐增加的现象称为蠕变。
由于蠕变而导致的断裂称为蠕变断裂。
金属在低温下也会产生蠕变，但通常只有当温度升高到0.3T
m
以上时，蠕变现象才会比较显著。
金属在高温下还会发生应力松弛现象，即在保持应变恒定的情况下，应力随着时间延长而减小的现象。
由于蠕变和应力松弛的发生，应力和应变之间已不是单值的对应关系，而必须考虑温度和时间的影响。
蠕变曲线：常载荷条件下的典型单轴蠕变曲线见图1 , 从图中可以看出蠕变的3 个典型阶段:
第一蠕变阶段AB (减速蠕变阶段)，第二蠕变阶段BC (稳定蠕变阶段)，第三阶段蠕变CD(加速蠕变阶段) 。
在第二蠕变阶段(稳定蠕变阶段) , 蠕变速率近似为常数; 而在第三蠕变阶段, 蠕变速率逐渐增加,直至试件完全破坏。
图1 中εe 代表瞬时弹性(或弹塑性) 应变,εp表示塑性应变,εc代表蠕变应变。
Cottrell 提出第Ⅲ阶段以前的蠕变曲线可近似表示成：
0m s t t εεβε=++ 0ε为瞬时应变，第二项反映减速蠕变应变；第三项反映
稳态蠕变应变，s ε 为稳态蠕变速率；m 是小于1的正数，大体上是材料常数；0ε、
β、s ε 等常数与温度、应力和材料有关，或者1+m s mt εβε-=
有些文献提出反映温度和应力对蠕变应变速率影响的经验关系式，在回复蠕变可以进行的较高温度范围内，当应力不太大时，这一关系式可以表示为 exp()m U A kT
εσ=- ε 为稳态蠕变速率，σ为应力，A 和应力指数m 为常数，U 为蠕变激活能，A 、m 和U 可由试验测定，k 为玻耳兹曼常数，T 为绝对温度
2. 蠕变极限和持久强度
构件在高温下工作时，可能遭遇两种不同的情况：一种情况下，构件服役期
很长，要求长寿命低变形量。
对于这种情况，蠕变速率（ε
）和蠕变强度（蠕变极限）有重要意义。
另一种情况是构件在高温下短期工作，其损坏的主要原因是由于断裂而不是变形，因而蠕变速率不是主要参数，能保证安全使用的关键性能是持久强度。
蠕变极限（蠕变强度）表示材料在高温和长期载荷作用下对蠕变变形的抗力，常用条件蠕变极限来表述，表示该材料在规定的温度及时间内，达到规定蠕变变形量或蠕变速度时所能承受的最大应力。
条件蠕变极限有两种表示方法：
（1）在规定温度及规定时间内达到规定变形量的应力，用/()T t MPa εσ表示。
T 为温度，ε为伸长率，t 为达到该应变量的持续时间。
（2）在给定温度下，使试件产生规定蠕变速率的应力值，以符号()T MPa εσ 表示。
其中，T表示温度（℃），ε表示第Ⅱ阶段的蠕变速率。
在使用中可根据蠕变率和服役时间的具体情况，选取其中一种方式来表述材料的强度。
对于服役时间长的情况，常采用第一种表示方法，反之，若服役时间短，蠕变速率大，则采用第二种表示方法。
持久强度：材料抗蠕变断裂的能力用持久强度表示。
持久强度是指在规定温
σ表示。
度和规定时间内发生蠕变断裂的初始应力，用T
t。