Мультимедійний курс лекцій з опору матеріалів, страница 11

Повна робота рівна:

- площа, обмежена кривою розтягування

16

Лекція 4 (продовження – 4.2)

• Поняття про повзучість та релаксацію – Багато будівельних конструкцій при експлуатації деформуються при тривалій дії постійних навантажень. Це обумовлюється здатністю матеріалів деформуватися в часі при дії постійних навантажень. Цей процес і названий повзучістю. Повзучість притаманна таким матеріалам, як цегла, деревина, полімери, камінь, гума, ґрунти і т.п. Метали також виявляють
• повзучість при високих температурах, а кольорові метали - і при звичайній (кімнатній) температурі. Повзучість може виникати і при малих
• навантаженнях, які при короткочасному дії викликають тільки пружні деформації.

Результати випробувань на повзучість представляють графіки зміни деформацій у часі (криві повзучості). У початковий момент часу деформації мають нульове значення ε(0), рівне пружній деформації або сумі пружною і пластичної деформацій. Вважається, що час попереднього навантаження (або розвантаження) дуже малий в порівнянні з часом витримування навантаження, тому можна прийняти, що деформації ε(0) і напруження з'являються як би миттєво. При визначенні характеру процесу повзучості аналізується швидкість деформації, що обчислюється як похідна за часом. Якщо швидкість деформації монотонно зменшується з часом, то деформація повзучості прагне до деякої межі (крива 1). Це характерно, наприклад, при деформаціях, пов'язаних з ущільненням матеріалу з часом під навантаженням (осідання ґрунту під фундаментом, бетон).

Повзучість, представлена​кривою 2, характеризується на першій ділянці (AB) зменшенням швидкості деформації, відповідного обтиснення локальних зон, на другій ділянці (BC) стабілізацією швидкості деформації (стабільна повзучість). Для крихких матеріалів в точці C випробування закінчується крихким руйнуванням, для пластичних матеріалів - в'язким руйнуванням з утворенням локальних пластичних деформацій (третя ділянка CD, на якій зростає швидкість деформації). Варто зауважити, що кривою типу 2 описується процес накопичення ушкоджень, в тому числі зносу, в механіці руйнування, діагностики та матеріалознавстві.

Характер повзучості залежить від діючих напружень. Наприклад, сталь при різних рівнях напружень може мати криві повзучості як типу 1, так і типу 2.

Якщо деформації повзучості збільшуються пропорційно збільшенню напружень (бетон, пластмаса при малих напруженнях), то повзучість - лінійна, в іншому випадку (метал при високих температурах) - нелінійна.

У деяких матеріалах (бетон, пластмаси, каучук) відбуваються тривалі, повільно протікаючі хімічні або окислювальні процеси, в результаті яких матеріали втрачають свої первинні властивості, так зване "старіння". У таких матеріалах деформації повзучості звичайно залежать від "віку" матеріалу.

При знятті навантаження пружна частина деформацій матеріалу зникає, накопичена деформація повзучості починає зменшуватися, асимптотично прагнучи до деякої межі, подібно перевернутої кривої 1. таке явище носить назву зворотної повзучості. Якщо при необмеженому збільшенні часу зразок повністю відновлює свої початкові розміри, то це явище називається пружною післядією.

17

Лекція 4 (продовження – 4.3)

• Релаксація напружень – Якщо зразок витримується протягом деякого тривалого часу в стані, при якому деформація залишається постійною, то напруження в матеріалі, що мали в початковий момент значення σ(0), понижуються асимптотично до деякого значення. Явище повільного зменшення напружень у зразку при постійній деформації називається релаксацією.

Таким чином, явище релаксації в деякій мірі зворотне повзучості, але природа цих двох явищ одна - енергія теплових пружних коливань атомів додається до енергії, яка забезпечується зовнішніми силами, що викликають деформацію. При вільній деформації під дією прикладених сил відбувається додатковий рух дислокацій (дислокації-дефекти кристалічної решітки) і деформація зростає. Оскільки при звичайній температурі ця енергія незначна, то повзучість (приріст деформацій) відбувається в цьому випадку повільно. При постійній деформації надходження додаткової енергії теплових коливань атомів призводить до перерозподілу дислокацій з частковим відновленням регулярності кристалічної решітки. При цьому енергія деформації зменшується, що призводить до зменшення напружень, якщо деформація залишається постійною.