第六节 蠕变及应力松弛试验
蠕变分析【精选文档】
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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。
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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.如果，程序使用修正的等效蠕应变增量来代替蠕应变增量。
弹簧应力松弛测试方法
应力松弛测试方法应力松弛过程中，物体的总应变保持不变，即弹性应变与非弹性应变的总和保持不变。
因此，松弛过程实际上是一个由非弹性变形部分地取代弹性变形的过程。
它可以分为两类：一类是由滞弹性或材料的弹性不完整性所引起的，并且直到非常低的应力水平下依然存在的。
这是由滞弹性造成的松弛行为可以用Ｚｅｎｅｒ的“标准线性固体”模型来描述，并且可以用内耗测量的方法来研究其物理本质。
另一类松弛行为则伴随有塑性变形的发生，不能用“标准线性固体’’模型来描述，最终将造成弹性材料的性能可能发生不可逆的变化。
真正引起研究者们注意的是后者。
应力松弛实验方法是用来评定材料或元件在恒温及总应变不变条件下长时间工作的抗力，或者是测定其在规定时间内初始弹性应变转变为非弹性应变的特征（即应力松弛曲线）。
在室温或较低温度下，应力松弛抗力的高低，可作为材料应力松弛稳定性好坏的标准。
在高温条件下，应力松弛现象更为严重，此时可用来评定材料高温强度的高低。
高温应力松弛和蠕变的关系极为密切。
另一方面，弹性材料或构件是在不同的应力状态下工作，如在拉伸、压缩、弯曲、扭转或复合应力下工作时均会产生不同的应力松弛。
在实际工况条件下，简单应力状态也较为常见。
例如，汽轮机紧固件用螺栓、管道连接紧固件、钢筋混凝土用预应力钢筋等均在拉伸应力条件下工作；一些承载部件及支撑部件等是在压缩负荷下工作：簧片、悬臂梁等零件是在弯曲条件下工作；各种驱动轴、齿轮、联接杆等是在扭转负荷下工作。
在复杂应力状态条件下工作的零部件有各种螺旋弹簧、碟簧和许多弹性元件。
由于大部分情况是在拉伸、压缩、弯曲或扭转应力状态下工作，因此，对上述几种应力状态下材料或零件松弛稳定性的评定标准是世界各国共同关心的技术问题。
应力松弛实验和常规力学性能相比，是一项更为复杂、要求精确的测试技术，因为实验时它的约束条件较多、较严，例如，实验时的环境（温度、无震动等）、恒应变等。
保持恒应变相当困难，同时实验时间较长，有时达１万小时以上，而且其实验结果对很多参数十分敏感。
高分子物理--聚合物的粘弹性ppt课件
粘弹体的应力与应变的相位关系
一、 粘弹性现象 (二) 动态粘弹性
力学损耗：由于滞后，周期性应力应变变化过程将伴随能量消耗， 称之为力学损耗。 损耗的大小同滞后角有关，常以tanδ 表示
橡胶拉伸与回缩的应力-应变关系示意图
一、 粘弹性现象 (二) 动态粘弹性
聚合物的内耗与频率的关系
表示在复平面上的复模量 E* D* ﹦1
一、 粘弹性现象 (三) 粘弹性参数
G*﹦G1＋iG2
J* ﹦ J1 － iJ2
tan δ ﹦ E2 / E 1
﹦ D2 / D 1 ﹦ G2 / G 1 ﹦ J2 / J 1
链段运动的松弛时间同 作用频率(速率)相匹 配时(ω ~ 1/τ )，粘 弹性现象最显著。
二、 粘弹性的数学描述
(一) Boltzmann叠加原
在Δ σ31 、、
u2 、 ……
u3 、 Δ σn
……
un时刻，对试样加应力Δ σ1 、 Δ σ2 、
ε(t)﹦ ∑Δσi D(t-ui)
i： 1→ n
连续对试样加应力，变化率为? σ (u)/? u
t﹥ un
ε(t)﹦ ∫ D(t-u)(? σ (u)/? u) du u：－ ∞ → t
ηs*﹦ηs1－ηs2 ηs1 ﹦(σ0/γ0 ω)sinδ ηs2 ﹦(σ0/γ0 ω)cosδ
ηs1 ﹦G2/ω
ηs2 ﹦G 1/ω
二、 粘弹性的数学描述
(一) Boltzmann叠加原
1. 数理学表达式
在零时刻，对试样加应力σ0 ε0 (t)﹦σ0 D(t)
在u1时刻，对试样加应力σ1 ε1 (t)﹦σ1 D(t-u1)
粘性响应 理想液体
用ABAQUS对光滑试件的蠕变与应力松弛进行的数值模拟
【基础・应用】用ABAQU S 对光滑试件的蠕变与应力松弛进行的数值模拟①赵 雁 姬海君 安晓宁 李印生(武警工程学院军械运输系,陕西西安710086) 【摘 要】 本文介绍了一种国际上通用的有限元程序系统ABAQUS ,用ABAQUS 分别对材料的蠕变和应力松弛进行数值模拟,并与实验结果进行了比较。
【关键词】 蠕变;应力松弛;松弛极限 ABAQUS 是国际上先进的通用有限元程序系统之一,具有广泛的模拟性能。
它拥有大量不同种类的单图1元模型、材料类型、分析过程等,可以分析复杂的固体力学和结构力学系统。
无论是简单的线弹性问题,还是复杂的非线性组合问题,应用该软件分析都可以得到令人满意的结果。
一个完整的ABAQUS 分析过程,通常有三个明确的步骤:前处理、模拟计算和后处理。
它们的联系及生成的相关文件如图1所示:前处理(ABAQUS/pre ):此步骤中必须确定物理问题的模型和生成一个ABAQUS 输入文件。
模拟计算(ABAQUS/standard ):此步骤是应用ABAQUS/standard求解输入文件所确定的数值问题。
模拟计算通常在内存中进行。
一个应力分析的算例包括位移和应力,并存储在二进制文件中,便于进行后处理。
后处理(ABAQUS/post ):后处理一般由ABAQUS/post 或其他后处理程序来实现。
ABAQUS/post 读入二进制输出文件,可以用各种各样的方法显示结果,其中包括彩色等值线图、动画、变形形状绘图及x -y 平面绘图。
蠕变是金属材料在一定应力的长时期作用下,即使应力低于弹性极限,也会发生塑性变形的现象。
在用ABAQUS 模拟蠕变行为时,首先要选取合适的模型。
当应力保持不变时,选取power -law 模型中的time 2hardening 型最合适,因此,在ABAQUS 中定义蠕变时就选取time 2hardening 项,如图2所示。
time 2hardening 型是power 2law 模型中较为简单的一种,用公式表达为,ε∴cr=A q n t m 图2其中ε∴cr 是单轴蠕变应变率23εcr ∶ εcr ,q 是单轴等效应力,t 是总时间,A 、n 、m 是温度的函数,由用户给出。
腰椎松质骨应力松弛蠕变实验研究
腰椎松质骨应力松弛蠕变实验研究
随着社会的发展和科技的进步，腰椎骨折问题日益受到人们的关注。
如今，由于腰椎骨折导致的疼痛，可以从不同维度全面考虑到腰椎松质骨应力松弛蠕变等机理。
为此，基于工程材料力学原理，通过设计实验，研究腰椎松质骨应力松弛蠕变等机理，为临床治疗提供受试技术支持。
腰椎松质骨应力松弛蠕变实验通常采用复杂的装置和测试方法，包括紧密密度对比超声波法和三维蠕变实验，等级蠕变实验等。
本次腰椎松质骨应力松弛蠕变实验，主要是为了研究腰椎松质骨的应力松弛和蠕变行为，为外科手术实验准备。
针对腰椎松质骨在外力下的应力松弛和蠕变行为，通过三轴试验机对腰椎松质骨进行高低温加载释负荷实验。
实验装置主要由台体、加载接头、模块等组成。
根据材料特性，采用高刚性套件绑定腰椎松质骨，以确保腰椎松质骨在实验过程中不发生形变。
为确保腰椎松质骨实验过程的准确性，本实验采用测力传感器对腰椎进行实时测力反馈，闭环控制力变化。
此外，本次实验还采用三频激光光谱仪，测量腰椎组织的变形情况。
该仪器可以在加载过程中实时监测腰椎组织的变形，准确分析参数，从而掌握腰椎松质骨的力学性能。
经过腰椎松质骨应力松弛蠕变实验的研究，可以为腰椎的临床治疗提供参考。
腰椎松质骨应力松弛蠕变实验研究通过检测实验数据，更好地理解腰椎松质骨的力学性能，为准确诊断和有效处理腰椎松质骨折提供理论支持。
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。
蠕变试验步骤
蠕变试验步骤全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：蠕变试验是一种常用的材料力学性能测试方法，用于评估材料在高温和恶劣环境下的变形行为。
蠕变试验通常用于金属、陶瓷和聚合物等材料的研究和评估，能够帮助工程师和研究人员更好地了解材料在真实工作环境中的性能表现。
蠕变试验是通过施加一定大小的应力和温度条件下持续加载材料一段时间，观察材料在这种条件下的变形行为。
这种试验模拟了材料在高温和高应力环境中的实际工作情况，可以帮助预测材料的长期性能和寿命。
蠕变试验的步骤通常包括以下几个关键环节：1. 样品制备：首先需要准备好符合标准要求的试样，一般为柱状或圆盘状的标准试样。
试样的制备需要严格按照标准规范进行，以确保试验结果的准确性和可比性。
2. 设置试验条件：在进行蠕变试验之前，需要确定试验的应力和温度条件。
通常会根据材料的实际工作情况和要求来确定试验条件，以保证试验结果具有代表性和实用性。
3. 进行试验：将样品放置在试验机中，施加一定大小的应力，并在设定的温度条件下持续加载一段时间。
试验过程中需要实时监测材料的变形情况，并记录试验数据。
4. 数据分析：根据试验结果和数据分析材料的变形行为和性能特点。
可以通过绘制应力-应变曲线、蠕变速率曲线等图表来分析材料的蠕变特性和性能表现。
5. 结果评估：最后根据试验结果对材料的性能进行评估和预测。
可以根据试验数据来研究材料的寿命预测、设计参数优化等工作。
蠕变试验是一种重要的材料性能测试方法，能够帮助工程师和研究人员更好地了解材料在高温和高应力环境下的变形行为和性能，为材料的设计和选型提供重要参考。
希望通过不断的研究和实践，能够进一步完善蠕变试验方法，提高试验数据的准确性和可靠性，为材料科学领域的发展做出更大的贡献。
第二篇示例：蠕变试验是一种用于评估材料在高温、高应力条件下的变形性能的测试方法。
在工程领域中，蠕变试验常用于评价材料的稳定性和持久性能，特别是在航空航天、能源等高温环境下的应用中。
蠕变试验
蠕变试验测定金属材料在长时间的恒温和恒应力作用下，发生缓慢的塑性变形现象的一种材料机械性能试验。
温度越高或应力越大，蠕变现象越显著。
蠕变可在单一应力（拉力、压力或扭力），也可在复合应力下发生。
通常的蠕变试验是在单向拉伸条件下进行的。
蠕变极限是试样在规定的温度和规定的时间内产生的蠕变变形量或蠕变速度不超过规定值时的最大恒应力。
它有两种表示方法:①用表示，其中t为试验温度(℃)，τ为试验时间（小时），δ为规定的蠕变变形量（％）。
例如=150兆帕，即表示某一材料在温度为 600℃、试验时间为10万小时、产生蠕变总变形量为 1％时的蠕变极限为150兆帕。
②用符号表示，其中t为试验温度（℃）、v为蠕变第Ⅱ阶段的蠕变速度（％／小时）。
例如=100兆帕，即表示某一材料在温度为700℃、蠕变速度为(1/105)％／小时时的蠕变极限为100兆帕。
拉伸蠕变试验方法是：在某一恒温下，把一组试样分别置于不同恒应力下进行试验，得到一系列蠕变曲线，然后在双对数坐标纸上画出该温度下蠕变速度与应力的关系曲线，由之求出规定蠕变速度下的蠕变极限。
典型的蠕变曲线（见蠕变）可分为4个部分：① Oa为开始加载后所引起的瞬时弹性变形。
如果应力超过材料在该温度下的弹性极限，则Oa由弹性变形Oa′加塑性变形a′a 组成。
② ab为蠕变的第Ⅰ阶段，这一阶段的变形速度随时间而减小。
③ bc为蠕变的第Ⅱ阶段，也称蠕变稳定阶段，这一阶段内的蠕变速度近于常数。
④ cd为蠕变的第Ⅲ阶段，也称蠕变加速阶段，这一阶段内的蠕变速度随时间而增加，最后在d点断裂。
不同材料的蠕变曲线不同，而同一种材料的蠕变曲线也随应力和温度的改变而不同。
蠕变试验的时间，根据零件在高温下的使用寿命而定。
对在高温下长期运行的锅炉、汽轮机等材料，有时要求提供10～20万小时的性能试验数据。
应力松弛法简介
应力松弛法简介
应力松弛实验法:
应力松弛法最先在OULU大学用于测量奥氏体热变形中的静态再结晶率。
近年来，这种方法被广泛应用于碳素钢、微合金钢、奥氏体不锈钢等的再结晶动力学研究。
应力松弛实验是在给定的温度下对试样施加载荷，待试样变形后立即卸载并保持应变恒定，然后测量应力随时间的变化。
在此过程中，应力下降是因为变形材料发生回复或再结晶所致，即变形后进入弛豫阶段，试样首先发生回复，进而发生再结晶，再结晶完成后又发生回复。
典型实验曲线如下图所示：
应力松弛实验下应力随时间的变化曲线
再结晶发生前，材料的应力随时间的变化可表示为：
σ=σ0−a0×lgt
再结晶发生后，材料的应力随时间的变化可表示为：
σ=σ1−a1×lgt
其中σ0、a0、σ1、a1为常数，可通过实验测得的曲线回归计算得到。
根据混合法则，再结晶阶段的应力为：
σ=1−fσ0−a0×lg+f(σ1−a1×lg)
其中：f为静态再结晶分数。
对上述公式进行变换后得到如下公式：
f=
σ−(σ0−a0×lgt) 1100
通过上述公式即可计算得到再结晶动力学曲线。
密封垫片蠕变松弛率的标定及试验过程中的注意事项
工作研究密封垫片蠕变松弛率的标定及试验过程中的注意事项闫文刚（中国建材检验认证集团咸阳有限公司，陕西 咸阳 712000）摘 要：蠕变松弛率是密封垫片一项非常重要的指标，它反映了垫片在螺栓应力下的扭矩损失以及自身厚度变薄的程度。
垫片厚度变薄会产生间隙导致泄漏，而且有些垫片一开始密封效果很好，但随着时间的推移会慢慢产生泄漏。
所以对垫片蠕变松弛率的测定必须要从设备的标定、标定的注意事项以及试验过程中诸多的严格严谨的操作等方面去入手，才能保证数据的真实可靠，减少垫片泄漏事件的发生。
关键词：蠕变松弛率；标定；拉伸速率；线性；连续一、蠕变松弛率的原理与作用蠕变松弛（应力松弛）是指垫片在一定的压力下（螺栓扭矩），其内部结构慢慢流动位移（变薄）的现象。
螺栓的应力导致了材料内部分子间的滑移，材料的弹性应变有一部分转化为不可逆的塑性应变。
蠕变松弛率大的垫片在螺栓扭矩之下内部结构更容易发生蠕变慢慢变薄，使得螺栓的扭矩保持慢慢减低，从而垫片与法兰的界面产生间隙导致介质的泄漏。
蠕变松弛率小的垫片在螺栓扭矩之下内部蠕变很小，螺栓的扭矩损失更少，更不易产生泄漏，所以蠕变松弛率是密封垫片非常重要的一个指标，而且会随着温度、压力、时间的增加而上升。
二、蠕变松弛率仪器的类别根据GB/T20671.5-2006的规定，蠕变松弛率仪器的测试仪器主要分为两种，一种是借助应变计来直接测量扭矩从而计算出扭矩的损失。
另一种则是借助带千分表的应力螺栓，通过螺栓的长度变化来计算对应扭矩的损失。
当然前提为应力计和应力螺栓都须标定合格方可使用。
由于第二种方法在行业内较为普及和常用，所以对应力螺栓的使用进行比对和研究，即标准中所说的方法B。
松弛率测定仪的设备包括两块平圆板、带有特殊孔的标定过的螺栓、垫圈和螺母，其材质为ASTM A193 B7级合金钢或ASTM B637 UNS N07718及高温合金或其他合金；千分表组件和套筒扳手。
试样样品最常用的尺寸为宽度10.16mm±0.38、长度31.75mm±0.38mm，也可以是环状和长条。
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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
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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。
第六节 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
平衡祛码装臵的滑轮机构加载荷型式
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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臵，采用恒温恒湿箱。 能自动连续地记录箱内温度和湿度的装臵。 • 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。 • 计时器，能自动计时系统。
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• （四）交联状态的影响 • 随着交联度的提高，蠕变速率明显下降。 • （五）共聚和增塑作用的影响 • 共聚和增塑作用改变了高聚物的玻璃化温度，使蠕变和应力 松弛曲线在温度轴方向产生平移。 • 极性高聚物的蠕变和应力松弛曲线受环境湿度的影响很大， 因为水起着类似增塑剂的作用，结晶性高聚物由于增塑和共 聚作用使熔点和结晶度降低，增加了蠕变和应力松弛。 • （六）结晶化的影响 • 结晶度与温度有很强的依赖关系，所以结晶高聚物的松弛时 间谱和推迟时间谱比不定型高聚物宽，结晶度越高，应力松 弛曲线越平坦，松弛时间谱越宽。 • （七）聚合物分子结构的影响 • 树脂分子链柔曲性和分子链间作用力大小反映出其蠕变和应 力松弛性能，分子链愈柔曲，分子链间作用力愈小，其蠕变 和应力松弛就愈明显 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
• ( 3 ）最大应力 Smax 或最大应变εmax
• 在应力或应变循环中，产生的最大应力或应变。
• ( 4 ）最小应力 Smin 或最小应变εmin • 在应力或应变循环中，产生的 最小应力或应变。 • ( 5 ）疲劳强度 SN ：由 S 一 N 曲线推算出的，在 N 次循环时材料疲劳破坏的应力值，临界的应力，不致 引起材料疲劳破坏的最高极限应力。 • ( 6 ）疲劳应变εN：由ε－ N 曲线推算出的，在 N 次 循环时材料疲劳破坏的应变值。
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高分子材料分析与性能测试
• （ 7 ）疲劳破坏：一般认为当试样在破坏试验中断裂 为两部分时，是疲劳破坏。
• 某些材料当裂纹出现后，裂纹发展很慢，到完全断裂， 还需要很多的循环次数。为此，就人为地定义为材料 的刚度下降到规定的值时称为疲劳破坏。
• ( 8 ）疲劳极限 sf 或εf： 指试样在疲劳试验中经过无数 次（一般规定 N 为 107 次）循环而不破坏的最大应力 值或应变值。 • 高聚物的疲劳极限一般是拉伸强度的 20 % ～ 35 ％。 • ( 9 ）疲劳寿命在规定循环应力或应变下，试样疲劳破 坏所经受的应力或应变循环次数。
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高分子材料分析与性能测试
二、塑料的疲劳试验
• 在动态应力作用下，塑料产生疲劳的根本原因： • 由于塑料具有黏弹性，在交变的应力作用下，分子 链变形总是滞后于应力，产生内摩擦生成大量热， 导热不良又使热量积累导致材料升温，引起材料局 部软化、熔融等，试样的内部缺陷、内部缩孔、表 面划伤、缺口、粗糙等都易导致疲劳破坏。 • 塑料疲劳试验标准方法，参照 ASTM D671 － 71 恒 定力振幅法测定塑料弯曲疲劳的标准 • 试验机理见图 6 － 27 。
• 千分卡，精度为± 1 ％。
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2.试样
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高分子材料分析与性能测试
3．试验操作
• 测量试样的宽度和厚度，在试样上标明标距； • 夹持试样，使试样纵轴与上、下夹具中心连线相重合，要松 紧适宜，以免试样滑脱； • 试样在加载前应预加载，为了消除传动装置的间隙，应保持 预加载不影晌测量的精度，若所选择的温度和湿度还未到达 平衡时，不应进行预加载，进行预加载后再侧量标距； • 试样应连续加载，每组试验中，每个试样的试验过程应该相 同，并做记录，加载过程应在 1～5s 内完成； • 在进行蠕变应变测定时，预加载荷可不计人试验载荷； • 在进行蠕变极限强度测定时，试验载荷应包括预加载荷； • 使施加在试样上的力均匀地分布在试样上，夹具的移动速度 为（ 5 ± 1 ) mm / min ； • 在适当的时间间隔记录力值和相应的伸长。
• 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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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。
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（二）试验设备结构与原理
• 主要有机架、固定夹具、弹簧板、千分表、弹簧、皮 带轮轴、偏心锤、计数器（记录循环次数）等；控制 部件、温度计（测量疲劳试验过程中试样的温度）。 • 测试原理：把试样的一端用固定夹具将其夹紧，另一 端固定在负荷夹具上，通过它使试样弯曲。 • 马达带动皮带轮轴与可变的旋转偏心重锤联结，由这 个偏心重锤系统产生出循环的振幅恒定的应力，通过 负荷夹具，施加在试样上。 • 所施加力的大小，由测定弹簧形变的千分表来测定。
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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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 。 • ( l ）疲劳：材料在交变的周期性应力或频繁的重复 应力作用下，导致材料的力学性能减弱或破坏的过 程称为疲劳。 • 疲劳使材料不能发挥固有的力学性能，在应力远小 于静态应力下的强度值时就会破坏，最初在试样上 产生微小的疲劳裂纹，裂纹逐渐增大，最终导致完 全破坏。 • ( 2 ）应力 S ：物体内某点的平面上所受力的大小 称为应力； • 应变ε：由于力的作用而产生的材料尺寸变化与原 始尺寸之比称为应变。
• 蠕变较小的高聚物类（玻璃态或结晶态热塑性塑料或 热固性塑料）
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一、蠕变试验
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蠕变曲线的4个阶段
• AB 段，称为普弹形变，这是分子链内键长与键角的改 变所引起的形变，这种形变是瞬时发生的，形变量很 小，弹性模量很大，是可逆形变。
• BC 段，称为高弹形变，这是由于分子链构象的改变而 引起的形变，这种形变需要一个松弛时间，形变量很 大，弹性模量很小，也是可逆形变，同时也进行着猫 性流动。
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二、应力松弛
• 在恒定形变下，物体的应力随时间而逐渐衰减的现 象称为应力松弛。 • 物理松弛对温度不是十分敏感，与应变下分子网络 结构的重排，分子链缠结的解脱和重置，以及存在 于分子链之间、填充粒子之间、分子链与填充粒子 之间的次价键的断裂有关； • 化学松弛对温度却十分敏感，与化学键的断裂有关， 断裂可以发生在聚合物分子链，也可以是交联网链。