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[拼音]:rubian

[英文]:creep

由應力引起的應變隨時間變化的現象。許多材料(如金屬、塑料、岩石和冰)在一定條件下都表現出蠕變的性質。由於蠕變,材料在某瞬時的應力狀態,一般不僅與該瞬時的變形有關,而且與該瞬時以前的變形過程有關。許多工程問題都涉及蠕變。在維持恆定變形的材料中,應力會隨時間的增長而減小,這種現象為應力鬆弛,它可理解為一種廣義的蠕變。

圖1表示在三個不同的恆定應力σ1<σ2<σ3作用下,材料的應變ε隨時間t 變化的典型蠕變曲線。曲線的終端表示材料發生斷裂。t=0時的應變表示載入結束時的即時應變,它包括彈性應變和塑性應變。蠕變曲線可分為三個階段,如圖2所示:Ⅰ為非定常蠕變階段,應變率隨時間的增加而減小;Ⅱ為定常蠕變階段,應變率保持常值;在最末階段Ⅲ,應變率隨時間而增大,最後材料在

時刻發生斷裂。通常,升高溫度或增加應力會使蠕變加快並縮短達到斷裂的時間。若應力較小或溫度較低,則蠕變的第二階段(Ⅱ)持續較久,甚至不出現第三階段(Ⅲ),如圖1中σ=σ1對應的蠕變曲線;相反,若應力較大或溫度較高,則蠕變的第二階段(Ⅱ)較短,甚至不出現,如圖1中σ=σ3對應的蠕變曲線。

目前,還沒有一個適用於一切材料的統一蠕變理論。對金屬材料目前主要有老化理論、強化理論和蠕變後效理論。如以p=ε-ε0表示蠕變的應變(ε0為t=0時的應變),妛表示蠕變應變率,則對於單向受力情形,這些理論的不同在於:老化理論認為,在恆應力的條件下,時間t以顯函數出現於蠕變應變的表示式之中,即 p=f(σ,t)。強化理論認為,蠕變應變率主要取決於蠕變應變,即有妛=g(σ,p)。蠕變後效理論則認為,蠕變現象實質上是塑性後效,去除應力之後,後效應變是不可恢復的,若以塑性變形規律σ=φ(ε)為基礎,可將φ(ε)分解為兩部分:

等號右端第一項為基本部分;第二項為後效影響部分,K稱為影響函式,它是在τ時刻的單位時間內,單位應力在此後時刻t所引起的變形。上述各關係式可推廣到三向應力狀態,但都只在一定條件下近似反映出材料的蠕變效能。

蠕變的微觀機制對於不同的材料是不同的。引起多晶體材料蠕變的原因據認為是原子晶間位錯引起的點陣的滑移以及晶間擴散等。

材料在恆拉應力作用下,經過一定時間

以後發生斷裂的現象稱為蠕變斷裂。在給定溫度下,使材料經過規定時間發生斷裂的應力值稱為持久強度。表示恆應力σ 隨斷裂時間

的變化曲線稱為持久強度曲線。在三向應力狀態下,一般採用最大正應力(或經適當修正,以考慮剪應力的影響)作為等效應力來繪製持久強度曲線。在恆定壓應力下,構件中的位移經過一段時間後會急劇增大,這種現象稱為蠕變曲屈,它是受壓構件在蠕變條件下的一種失效形式。

目前,蠕變理論、蠕變斷裂的微觀機制以及蠕變和工程構件其他失效形式的相互作用的研究仍不成熟,有待今後繼續深入。

參考文章

什麼叫蠕變?電力什麼是金屬材料的蠕變?自動化