Понятие о ползучести и релаксации.

Ползучестью материалов называется непрерывно растущая во времени деформация при действии постоянных нагрузок.

Явление ползучести возникает во многих строительных материалах (резине, пластмассе, кирпиче и т.д.). В металлах ползучесть появляется при повышенных температурах. Известные металлы (бронза, медь, алюминий и др.) обладают ползучестью при комнатной температуре.

Для изучения ползучести испытываются образцы под нагрузкой. Результаты испытаний представляются в виде кривых ползучести - кривых зависимости деформации от времени.

Рис 1. Кривая ползучести.

В начальный момент времени имеют деформацию , с увеличением времени t наблюдается возрастание деформаций. εполз – деформация ползучести. Как видно из рисунка: с течением времени скорость деформации уменьшается. Полная деформация стремится к ε∞. Кривая ползучести зависит от действующих напряжений и от материала.

На (рис.2) представлена кривая ползучести другого материала.

Рис 2. Кривая ползучести.

На рисунке 2 замечаем три участка: АВ; ВС; СД. На участке АВ деформации растут при переменной скорости. Ползучести на этом участке называется неустановившейся ползучестью. Начиная с момента времени t1 до времени t2 деформации растут с постоянной скоростью, на этом участке ползучесть называют установившейся, и она может происходить очень длительное время, иногда измеряемое годами.

Испытание заканчивается либо хрупким разрушением образца в момент времени , либо вязким разрушением, которое происходит с образованием шейки в образце. В последнем случае появляется участок СД. Хрупкое разрушение сопровождается развитием многочисленных трещин по границам между зернами материала.

При вязком разрушении трещины развиваются внутри самих зерен. Характер кривой ползучести, как сказано выше, зависит от величины действующих напряжений.

Рис 3. Кривые ползучести при Т=const.	Увеличениенапряжений приводит к возрастанию деформации ползучести. На рисунке 3 представлены кривые ползучести при различных для образцов металла, при постоянной температуре.
Рис 4. Кривые ползучести при Т ≠ const.	Температура нагрева также оказывает влияние на характер кривых ползучести. С повышением температуры наблюдается увеличение скорости ползучести. На рисунке 4 получены кривые ползучести при разных температурах.

На кривую ползучести могут оказать влияние не только температура и напряжение, но и другие факторы. Например, на ползучесть бетона, полимерных материалов влияет состав заполнителя, водоцементное отношение, вид цемента и другие факторы. Для оценки прочности материала при ползучести вводится понятие предела длительной прочности.

Пределом длительной прочности σ_д называется минимальное напряжение, которое при заданной длительности работы приводит к разрушению.

Рис.5.

График изменения предела длительной прочности в зависимости от времени t, обычно представляется в логарифмических координатах (рис. 5). Прямая с меньшим наклоном соответствует вязким материалом, а прямая с большим наклоном – хрупким материалам.

При рассмотрении ползучести внешняя нагрузка принималась постоянной. В этом случае происходит рост деформации. Совершенно очевидно, чтобы сохранить постоянными деформации необходимо снижать напряжения (нагрузку).

Рис.6. Кривая релаксации.

Явление медленного уменьшения напряжений в материале при постоянной деформации называется релаксацией. На рисунке 6 представлена кривая релаксации в зависимости от времени t. где - напряжение, к которому стремится напряжение σ при возрастании времени t.

Из-за релаксации напряжений плотность соединений деталей, скрепленных при помощи упругого натяга, постепенно может быть снижена (ослаблена), что вызывает нарушение нормальной работы конструкции.

Так например, ослабление болтового соединения фланцев газопровода или цилиндров высокого давления паровой турбины может привести к утечке газа или пара, если периодически не возобновлять затяжку болтов соединения.