應力鬆弛

應力松馳(stress relaxation)是指構件總變形(彈性變形和塑性變形)保持不變，徐蠕變使塑性變形不斷增加，彈性變形相應減少，而應力隨時間緩慢降低的現象。它往往會帶來不利影響，如高壓蒸汽管道中，法蘭緊固螺栓的鎖緊力可能隨時間降低，故每隔一段時間需擰緊一次，以防漏氣。

基本介紹

• 中文名：應力松馳
• 外文名：stress relaxation
• 定義：總變形保持，應力減小
• 易發部件：螺栓
• 一級學科：力學
• 二級學科：結構力學

定義

指鋼筋等構件受到一定的張拉力後，在長度保持不變的條件下，鋼管的應力隨著時間的增長而降低的現象；產生應力鬆弛的原因：主要是由於金屬內部錯位運動使一部分彈性變形轉化為塑性變形而引起；減少鬆弛損失的主要措施：1）採用低鬆弛鋼絞線或鋼絲； 2）採用超張拉程式。

具體介紹

材料在高溫使用時，有時要使總應變保持不變。在高溫保證總應變不變的情況下，會發生應力隨著時間延長逐漸降低的現象．該現象叫應力鬆弛(stress relaxation)，如圖1所示。例如，高溫條件工作的緊固螺栓和彈簧會發生應力鬆弛現象。

圖1

材料的總應變ε包括彈性應變ε_e和塑性應變ε_p，即ε=ε_e+ε_p=常數。

隨著時間增長，一部分彈性變形逐步轉變為塑性變形，材料受到的應力相應地逐漸降低。ε_e的減小與ε_p的增加是同時等量產生的。

蠕變與應力鬆弛在本質上相同，可以把應力鬆弛看作是應力不斷降低的“多級”蠕變。蠕變抗力高的材料，其抵抗應力鬆弛的能力也高。但是，目前使用蠕變數據來估算應力鬆弛數據還是很困難的。某些材料即使在室溫下也會發生非常緩慢的應力鬆弛現象，在高溫下這種現象更加明顯。鬆弛現象在工業設備的零件中是較為普遍存在的。例如，高溫管道接頭螺栓需定期擰緊，以免因應力鬆弛而發生泄漏事故。

數學表達

應力鬆弛是在應變恆定時，應力隨時間的推移而逐漸衰減的現象。

載入數學表達式：

回響數學表達式：

式中：H為Heaviside函式；Y為鬆弛模量，即單位應變作用下 t 時刻應力值。

圖2

如圖2所示，在t₀~t₁時間內，ε=ε₀應力作用下，應力從σ₀減少到σ₁，材料發生應力鬆弛現象；在t=t₁時，卸載為ε=0，應力發生突變，在σ₁發生瞬時回彈到σ₂；在t >t₁ 時，材料應力逐漸消除，隨著時間的變化逐漸趨近於零，該現象為應力消除。

應力鬆弛試驗

應力鬆弛試驗是材料機械性能試驗的一種。應力鬆弛現象在室溫下進行得很慢，但隨著溫度的升高就變得很顯著，故在機械設計中必須加以重視。

應力鬆弛試驗一般採用圓柱形試樣，在一定的溫度下進行拉伸載入，以後隨著時間的推移，由自動減載機構卸掉部分載荷以保持總變形量不變，測定應力隨時間的降低值，即可繪出鬆弛曲線。也可以採用具有等強度半圓環的環形試樣進行鬆弛試驗，測定環形試樣缺口處寬度的變化來計算應力降低的數值並畫出鬆弛曲線。

以壓力和時間t為坐標的應力鬆弛曲線可分為兩個部分，分別代表兩個不同的鬆弛階段。在第Ⅰ階段內，應力隨時間的增長而急劇降低；在第Ⅱ階段內，降低的速度減慢，最後趨於穩定。半對數坐標 (lgσ-t)的應力鬆弛曲線中，第Ⅱ階段呈線性關係，因此可用以進行外推，即由較短時間的試驗外推求得較長時間後的剩餘應力。

受相同的試驗溫度和初應力F，經相同的時間後，如剩餘應力越高，則材料的抗鬆弛性能越好。高溫工作中的零件由於存在應力鬆弛，會不同程度地喪失彈性和緊固作用。因此對用於高溫的緊固件如彈簧、螺栓等的材料，需要測定鬆弛性能。