Ползучесть и длительная прочность

Понятия о ползучести и релаксации

Многие элементы конструкций работают в условиях высоких температур и уровней напряжений. При этом материалы обнаруживают свойства ползучести и релаксации. Эти свойства называют реологическими.

Ползучесть — это увеличение деформаций во времени при постоянных напряжениях и температуре.

Ползучесть у различных материалов обнаруживается в зависимости от величин действующих напряжений, температуры окружающей среды и времени работы элемента конструкции.

Обычно характеристики ползучести устанавливаются в результате испытания образцов на осевое растяжение при постоянной температуре и напряжении.

В начальный момент времени (/ = 0) к образцу прикладывается сила, и далее (/ > 0) возникающее напряжение в процессе испытания поддерживается постоянным. В фиксированные моменты времени замеряют абсолютное удлинение образца, рассчитывают относительную деформацию и строят кривую ползучести (рис. 4.1).

Рис. 4.1.

При приложении нагрузки возникает «мгновенная» деформация (е₀). В зависимости от величины прикладываемого напряжения, температуры испытания и материала эта деформация может быть или упругой, или упругопластической.

В последующие моменты времени к этой деформации добавляется увеличивающаяся во времени деформация ползучести s_n(?).

Таким образом, в произвольный момент времени полная деформация складывается из мгновенной деформации и деформации ползучести:

Кривая ползучести при достаточно высоких уровнях напряжений имеет три характерных участка. Участок А В — участок неустановившейся ползучести. На этом участке скорость деформации ползучести переменна, она изменяется от бесконечности в точке А до некоторой конечной величины в точке В.

Участок ВС — участок установившейся ползучести. В пределах этого участка скорость деформации ползучести не изменяется во времени и зависит .тишь от температуры и уровня напряжений.

Участок CD характеризуется увеличением скорости деформации ползучести и заканчивается разрушением.

Если уровни напряжений и температуры невелики, то ползучесть носит ограниченный характер. При этом кривая ползучести имеет асимптоту.

Очень часто на графике изображается зависимость от времени только деформации ползучести. При этом ось времени проходит через точку А.

На характер кривых ползучести оказывают влияние различные факторы: уровни напряжений, температура испытания и др.

Рисунки 4.2 и 4.3 иллюстрируют влияние напряжений и температур на ползучесть.

Рис. 4.3.

Рис. 4.2

Релаксация напряжений — это уменьшение напряжения во времени при постоянных деформациях и температуре (рис. 4.4).

Экспериментальные кривые ползучести и релаксации являются исходным материалом для построения теорий ползучести, на основе которых рассчитывают напряженно-деформированное состояние элементов конструкций при сложном напряженном состоянии и напряжениях, переменных во времени.

Результаты экспериментов на ползучесть имеют достаточно большой разброс, поэтому решение задач ползучести с точностью до 20% считают допустимым.

Рис. 4.4.