Релаксация напряжения

Тема статьи: Релаксация напряжения - разбираемся в вопросе, тренды 2019 года.

релаксация напряжений

Большой англо-русский и русско-английский словарь .2001 .

Смотреть что такое «релаксация напряжений» в других словарях:

Релаксация напряжений — (усилий) – постепенное изменение напряжений в материале (теле) при постоянстве его деформаций.[СНиП I 2] Релаксация напряжений – самопроизвольное уменьшение механических напряжений в деформированных телах, происходящее с течением… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Релаксация напряжений — в горных породаx (от лат.relaxatio уменьшение, ослабление * a.relaxation; н.Relaxation; ф.relaxation; и.relajacion) изменение во времени поля напряжений образца породы или горного массива в условиях, препятствующих изменению… … Геологическая энциклопедия

РЕЛАКСАЦИЯ НАПРЯЖЕНИЙ — в механике деформируемого тв.тела явление самопроизвольного уменьшения напряжения с течением времени при неизменной деформации.Напр., в растянутой проволоке при неизменном удлинении растягивающая сила со временем уменьшается, стремясь к ( нек… … Физическая энциклопедия

Релаксация напряжений — Stress relaxation Релаксация напряжений.Уменьшение напряжений в твердом теле с течением времени при постоянных нагрузке и температуре.(Источник: «Металлы и сплавы.Справочник.» Под редакцией Ю.П.Солнцева; НПО Профессионал , НПО Мир и семья ;… … Словарь металлургических терминов

релаксация напряжений — įtempių relaksacija statusas T sritis chemija apibrėžtis Pastoviai apkrauto kūno įtempių savaiminis mažėjimas.atitikmenys: angl.stress relaxation rus.релаксация напряжений … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

релаксация напряжений — įtempių relaksacija statusas T sritis fizika atitikmenys: angl.stress relaxation vok.Spannungsrelaxation, f rus.релаксация напряжений, f pranc.relaxation de contraintes, f; relaxation de tensions, f … Fizikos terminų žodynas

Релаксация напряжений в арматуре — – снижение растягивающих напряжений в арматуре во времени при постоянной деформации, заметно проявляющееся при напряжениях выше предела упругости.[Терминологический словарь по бетону и железобетону.ФГУП «НИЦ «Строительство» НИИЖБ им.А.А … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Ползучесть бетона и релаксация напряжений — – оказывают существенное влияние на работу железобетонных конструкций под нагрузкой: ползучесть при оценке трещиностойкости и деформативности конструкций, расчете на устойчивость и определении внутренних усилий в статически неопределимых… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Релаксация — – процесс постепенного перехода термодинамической системы из неравновесного состояния, вызванного внешними воздействиями, в состояние термодинамического равновесия.Примеры релаксационных процессов: постепенное изменение напряжений в теле… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

РЕЛАКСАЦИЯ — уменьшение напряжений при постоянной во времени деформации (Болгарский язык; Български) релаксация (Чешский язык; Čeština) relaxace (Немецкий язык; Deutsch) Relaxation; elastische Nachwirkung (Венгерский язык; Magyar) relaxáció (Монгольский язык) … Строительный словарь

РЕЛАКСАЦИЯ — (от латинского relaxatio ослабление, уменьшение) процесс постепенного перехода системы из неравновесного состояния, вызванного внешними воздействиями, в равновесное (например: постепенног изменение напряжений в теле при постоянной его деформации… … Металлургический словарь

Релаксация напряжений

Релаксация напряжений есть самопроизвольное затухающее падение напряжений в материале с течением времени.Она происходит за счет перехода упругой деформации еуп в пластическую епл при постоянной общей начальной деформации г0& т.е.в каждый момент времени соблюдаются условия

В основе релаксации лежат те же процессы, что и при ползучести, т.е.медленное пластическое деформирование.Однако релаксация происходит при постепенно убывающем напряжении, а ползучесть — при постоянном напряжении.

Типичный пример релаксации — снижение напряжений в болтах и шпильках фланцевых соединений.Несмотря на начальную затяжку болтов с течением времени при повышенных температурах происходит ослабление натяга за счет перехода части упругой деформации в пластическую.

Рис.330. Схема диаграммы релаксации:

1 — участок ускоренного падения напряжения; 2 — участок замедленного падения напряжения

Для оценки релаксационной стойкости материала выполняют его испытание на релаксацию с получением диаграммы релаксации.Диаграмма релаксации изображает спад напряжений во времени (рис.3.30).

Получить диаграмму релаксации напряжений можно различными методами (например, растяжением или изгибом).Метод изгиба, предложенный И.А.Одингом, нашел широкое применение в технике и предусматривает испытание кольцевых образцов, имеющих поперечную прорезь (рис.3.31).Напряжение в рабочей части образца создается клином, который вставляется в прорезь, и оценивается по значению деформации Д/, зависящей от изменения размера прорези кольца.Напряжение в крайнем волокне рабочей части образца можно вычислить по формуле

где р — коэффициент, зависящий от размеров образца; Е? — модуль нормальной упругости при температуре испытания; Д/ — упругая деформация, определяющаяся изменением размера прорези кольца.

Рис.3.31. Схема кольцевого образца для испытания на релаксацию изгибом

Значение А/ измеряется с помощью инструментального микроскопа с ценой деления не ниже 0,01 мм.Поскольку края прорези могут быть шероховатыми или подверженными коррозии, то значение А/ определяется по изменению условного расстояния /0 между центрами квадратных отпечатков, полученных алмазной пирамидой на приборе Виккерса (см.рис.3.9, б).

Методика испытания на релаксацию изгибом состоит в следующем:

  • • задаваясь начальным напряжением о0, можно подсчитать по формуле (3.17) значение А/0, равное упругому приращению исходной длины /0;
  • • по А/0 подбирается такой клин, при котором расстояние между отпечатками составит Г0 = /0 + А/0;
  • • затем кольцевой образец, нагруженный клином до первоначального напряжения сто, помещается в печь и выдерживается при температуре испытания в течение заданного времени;
  • • после выдержки образец извлекают из печи, освобождают от клина и измеряют расстояние /01 между отпечатками.
  • Так как часть упругой деформации переходит в пластическую при неизменной общей деформации, то прорезь в образце становится больше.Вследствие того что первоначальная упругая деформация А/0 уменьшилась на величину А1Х = /01 — /0 и стала А/01 = А/() — А/1? произошло падение первоначального напряжения а() до значения с <= р?*/А/01.

    После этого образец снова нагружают клином и помещают в печь на следующую выдержку, в результате которой напряжение снизится до значения о? 4 ч.При этом устанавливается допустимое значение остаточного напряжения а(ют, ниже которого за контрольный промежуток времени тк напряжение не должно снижаться.Таким образом, можно сравнивать релаксационную стойкость различных материалов, располагая их диаграммами релаксации.

    Из диаграмм релаксации материалов в координатах «а — т» (рис.3.32) следует, что материал 1 обладает большей релаксационной стойкостью по сравнению с материалом 2, так как в нем за контрольный промежуток времени 10 1 ч не произошло снижения напряжения ниже допустимого (120 МПа).

    Рис.332. Сравнение релаксационной стойкости материалов 1 ч 2 по их диаграммам релаксации

    Характеристики жаропрочности некоторых легированных сталей при разных повышенных температурах

    Ползучесть металлов.Релаксация напряжений

    Необходимость знакомства с основными закономерностями процесса ползучести объясняется, прежде всего, тем, что металлические конструкции (в том числе и сварные) зачастую находятся под нагрузкой в условиях высоких температур.Кроме того, сами по себе технологические процессы сварки, например диффузионной и стыковой контактной сопровождаются ползучестью.

    Под ползучестью понимают непрерывно растущую во времени пластическую деформацию материала, происходящую под действием постоянного усилия (или напряжения) при постоянной температуре.

    Процесс релаксации (лат.relaxatio — отдых, ослабление) напряжений сопутствует ползучести и лежит в основе снижения остаточных напряжений при термообработке сварных конструкций.

    Углеродистая сталь (и ряд других материалов), поведение которой при обычных температурах хорошо описывается теорией упругости, если напряжения не слишком велики, и теорией пластичности при более высоких напряжениях, ведет себя совершенно иначе в области температур более 450 °С.Уже при небольших напряжениях сталь перестает подчиняться закону Гука, кривая её растяжения существенно зависит от той скорости, с которой происходит растяжение, поэтому говорить о зависимости «напряжение — деформация», которая в теории пластичности принимается за исходную, невозможно.Под действием постоянной нагрузки образец продолжает деформироваться, как говорят «ползет».

    У ряда металлов (свинец, алюминий и некоторые другие металлы и сплавы) ползучесть наблюдается и при комнатной температуре.Однако у стали, чугуна и ряда цветных металлов и сплавов ползучесть может возникать лишь при нагреве их выше некоторой, определенной для каждого материала температуры (углеродистые стали и чугун — выше 300-350 °С, легированные стали — выше 350-400 °С, легкие сплавы — выше 50-150 °С).При температурах ниже указанных явление ползучести у этих материалов не наблюдается.Вместе с тем, при температуре, при которой в данном металле возможно явление ползучести, ползучесть возникает лишь при напряжениях выше некоторой, определенной для каждого металла величины.

    Изложенная трактовка вопроса о возникновении ползучести в зависимости от напряжения и температуры характерна и для инженерных проблем.Строго говоря, ползучесть наблюдается при любых напряжениях и при отсутствии повышенных температур.Например, явление ползучести можно наблюдать в таком хрупком материале как оконное стекло.Нагруженная силами собственного веса нижняя часть стекла за многие десятилетия получает деформации увеличения толщины.

    Опытное изучение явления ползучести производится преимущественно в виде испытаний на простое растяжение или сжатие.При этом в течение всего срока испытания продолжающегося иногда тысячи или даже десятки тысяч часов обеспечивается неизменность температуры и величины нагрузки.

    При таких испытаниях через некоторые промежутки времени измеряется удлинение образца и по данным измерений строится диаграмма испытания в координатах: относительная деформация (ε) — время (t),называемая диаграммой ползучести материала.Вид кривой ползучести зависит как от материала, так и от величины напряжения и температуры.Характерная кривая ползучести металла приведена на рис.1.10.

    При нагружении образца, нагретого до определенной температуры Т, его деформация обычно возрастает очень быстро (в зависимости от скорости нагружения) до величины ОА.Деформацию ОА называют мгновенной.Она может быть чисто упругой, а может включать в себя мгновенную пластическую деформацию.На первом участке кривой ползучести АВ скорость ползучести dε/dt постепенно убывает до некоторого значения в точке В.Это так называемая стадия неустановившейся ползучести.

    Если деформации ползучести образца велики и, следовательно, изменение площади сечения образца значительно, то при постоянной нагрузке напряжение будет возрастать, а скорость деформации — увеличиваться.Таким образом, на кривой появится третий участок CD, в точке D которого происходит разрушение образца.Для некоторых материалов такое чисто геометрическое объяснение появления третьего участка оказывается точным.Однако, такие же участки наблюдаются на кривых ползучести жаропрочных сплавов, разрушающихся при очень малом удлинении.Причина этого состоит в том, что ползучесть сопровождается образованием микротрещин на границах зерен.В результате эффективная площадь, воспринимающая нагрузку, уменьшается, и скорость ползучести увеличивается.С увеличением скорости ползучести увеличивается скорость образования новых микротрещин и рост уже имеющихся; наконец в каком-то месте образца микротрещины сливаются, образуя большую трещину разрушения.

    Релаксация напряжения

    Для регистрации процесса релаксации напряжения в тесте Глинка и его сотрудники сконструировали прибор под названием «Релаксометр», которым пользуются следующим образом: шар из теста накалывается на шплинт, две половинки которого прикреплены к двум разным кареткам.Одна из этих кареток может двигаться при постоянной скорости до достижения определенного, заранее установленного предельного растяжения теста.Другая же каретка представляет собой часть тензометра, соединенного с кимографом таким образом, что можно записывать напряжение в тесте.Как с течением времени происходит релаксация напряжения в тесте при постоянном растяжении.

    В целях сопоставления на рисунке показана также экспоненциальная функция для простого тела Максвелла для такого же периода спада.Период спада, представляющий собой отрезок времени, требующегося для спада напряжения до 1/е от первоначального напряжения, может быть использован для определения среднего периода релаксации.

    В своей первоначальной работе упомянутые авторы показали, что релаксация напряжения в тесте может быть выражена следующим эмпирическим уравнением.

    Другой эмпирический метод был использован Гроггом и Мельмсом.Из графика зависимости силы от времени были выведены средний период релаксации и ее величина.По материалам указанных авторов установлено, что периоды спада приблизительно в 2,5 раза больше средних периодов релаксации.

    Юди изучал релаксацию напряжения с помощью модифицированных весов Джолли.При этом куски теста разрезались в полузамороженном состоянии.В отличие от вышеупомянутых опытов Юди в своих исследованиях пользовался кусками теста определенных размеров.

    Более детальное объяснение релаксации напряжения было заимствовано Каннингемом, Глинкой и Андерсоном из работ по исследованию полимеров.Они вывели спектры релаксации из кривых релаксаций напряжений, полученных с помощью релаксометра.

    В соответствии с периодами релаксации и спада, элементы Максвелла с периодом релаксации, превышающим 1000 секунд, весьма мало дают для определения спектра релаксации.Однако неизвестно, в какой мере нелинейное поведение теста влияет на указанную методику.

    Релаксация напряжений

    Релаксацией называется процесс самопроизвольного падения напряжений в деталях, например в болтах, работающих в условиях, исключающих изменение размеров в направлении действующей нагрузки.Релаксация вызывается переходом упругой деформации в пластическую.

    Типичный пример изделия, работающего в условиях релаксации, — шпилька фланцевого соединения.Для обеспечения плотности зеркало фланца должно быть прижато к прокладке с определенным усилием, создающим требуемое удельное давление на поверхности контакта.С течением времени напряжение в шпильках, созданное первоначальным натягом, снижается в результате релаксации и возникает опасность разгерметизации фланцевого соединения.

    Накопление деформации при релаксации может привести к образованию трещин в детали и ее разрушению.Трещины могут образоваться в местах конструктивных концентраторов напряжений.Так, например, шпильки при эксплуатации повреждаются путем образования трещины по первому, наиболее нагруженному, витку от корня резьбового профиля.

    ИСПЫТАНИЯ НА РЕЛАКСАЦИЮ НАПРЯЖЕНИЯ

    Релаксацией называют самопроизвольное уменьшение напряжений в материале при неизменном значении величины его общей деформации. Это вызвано переходом упругой деформации в пластическую.

    Релаксация напряжений — широкое понятие.Мы уже не раз встречались с ним рассматривая процессы пластической деформации и разрушения.Однако до сих пор речь шла о местных релаксациях напряжений в отдельных участках материала.При испытаниях на релаксацию оценивают уменьшение макронапряжений во всем образце.Типичным примером детали, работающей

    в условиях релаксации напряжений, является болт фланцевого соединения.Плотность этого соединения определяется усилием натяга болта, который создается вследствие упругой ело деформации.С течением времени натяг болта (уровень напряжений) будет ослабевать, так как часть упругой деформации будет переходить в пластическую.

    Особенно быстро и значительно релаксирует напряжения при повышенных температурах, когда пластическая деформация облегчается.

    Кривая изменения напряжения от времени (кривая релаксации) в образце, деформированном на постоянную величину, имеет вид, схематично показанный на рис.126.Спад напряжений особенно интенсивен в первые часы.С течением времени кривая асимптотически приближается к какому-то определенному значению напряжения.

    Итак, испытания на релаксацию необходимо проводить в следующих условиях:

    где σ0 и еп — напряжение и деформация в момент начала релаксации напряжений.

    ИЗ формулы (160) следует — неизбежность спада напряжений из-за увеличения доли пластической деформации.

    Величина релаксации напряжений ∆σ часто зависит от времени по логарифмическому закону:

    (161)

    где α и К — коэффициенты, не зависящие от времени.

    Этот закон можно вывести из общего уравнения релаксации напряжений как термически активируемого процесса:

    где энергия активации(Q — Вσ) зависит от напряжения.

    Как видно из формулы (162), скорость релаксации dσ/dτ растет экспоненциально с повышением температуры.

    Механизм — релаксации связан с постепенным перемещением дислокаций за счет поперечного скольжения и переползания даже в условиях снижающегося внешнего — напряжения.Как и при ползучести, в процессе высокотемпературной релаксации напряжений пластическая деформация сопровождается образованием субзеренной структуры и смещениями по границам кристаллитов.Скорость релаксации обычно прямо связана со скоростью ползучести: чем выше, сопротивление ползучести, тем больше релаксационная стойкость.

    Испытания на релаксацию напряжений проводят по схемам растяжения, изгиба и кручения.

    Широкое распространение получил метод И.А.Одинга, в котором релаксация оценивается на кольцевых образцах, расчетная часть которых ВАВ (рис.128) имеет равное сопротивление изгибу.Напряжение в образце создается установкой клина К в прорезь СС.Утолщенные части образца ВС и ВС в релаксации участия не принимают.Они только передают усилие от клина к расчетной части кольца.

    четной части кольца.Величина создаваемых там напряжений определяется толщиной клина t.Она больше ширины прорези, поэтому общая начальная деформация составит четной части кольца.Величина создаваемых там напряжений определяется толщиной клина t.Она больше ширины прорези, поэтому общая начальная деформация составит,

    где Е — модуль нормальной упругости;

    А — коэффициент, связанный с перемещением утолщенных концов кольца в процессе деформации, равный 0,000583 мм.

    После выдержки образца в печи при заданной температуре в течение определенного времени его вынимают, охлаждают, удаляют клин из прорези и измеряют ширину СС, которая теперь меньше а.Величина остаточного напряжения

    σост = Е А ∆ е ,(164)

    где ∆е — разница между ео и получаемой после испытания деформацией.

    В результате рассчитывают величину релаксации напряжений ∆σ= σо-σост, По измерениям ∆σ в функции времени выдержки образца в печи строят кривую релаксации.В качестве характеристики релаксационной стойкости принимают величину падения напряжения ∆ σ за заданное время (200-300ч.)

    Релаксация напряжений

    В горных породаx (от лат.relaxatio — уменьшение, ослабление * a. relaxation; н. Relaxation; ф. relaxation; и. relajacion) — изменение во времени поля напряжений образца породы или горного массива в условиях, препятствующих изменению деформаций.P.н.состоит в убывании упругой и возрастании необратимой (пластич.) деформации при неизменной общей, и поэтому её можно рассматривать как ползучесть, происходящую при напряжении, изменяющемся по определ.закону.Испытания г.п.на P.н.показали, что падение напряжений во времени в зависимости от заданного уровня напряжений и степени вязкости г.п.может происходить до нуля или до определ.величины.Bременная зависимость падения напряжений определяется временем (периодом) P.н.— временем, необходимым для уменьшения напряжений в e (2,718) раз.Для прочных г.п.значения времени P.н.очень велики (сотни и даже тысячи лет), для слабых г.п.— несколько суток.

    Литература: Tурчанинов И.A., Иофис M.A., Kаспарьян Э.B., Oсновы механики горных пород, Л., 1977.

    Физическая природа и механизмы релаксации напряжений в металлах и сплавах

    Кристаллическое тело, переведенное воздействием внешних сил в неравновесное состояние, всегда стремится возвратиться обратно в равновесное состояние.Процесс перехода кристаллического тела из неравновесного состояния в равновесное называют релаксационным.

    В идеальном (бездефектном) монокристаллическом теле все процессы, вызванные воздействием внешних сил, обратимы.Но без освобождения тела от действия внешних сил стремление к возвращению в равновесное состояние в идеальных кристаллах может реализоваться только в условиях, при которых атомы под влиянием флуктуации тепловой энергии преодолевают энергетический барьер, или в том случае, если монокристалл дробится на субзерна.В реальных кристаллах релаксационные процессы обусловливаются наличием дефектов кристаллической решетки.

    При упругом деформировании кристаллических тел с любой конечной скоростью уровень свободной энергии повышается и они переходят в термодинамически неравновесное состояние.Только в идеально упругом теле при бесконечно медленном (квазистатическом) деформировании в условиях низких напряжений не будет происходить рассеяние упругой энергии и упругое деформирование будет полностью обратимым процессом, для которого справедлив приближенный закон Гука: .

    Для реальных кристаллических тел, нагруженных в упругой области, эта зависимость, строго говоря, неприемлема, так как благодаря наличию дефектов в них почти всегда наблюдается переход из термодинамически неравновесного в более равновесное состояние.Такие отклонения от упругого поведения обычно называют общим термином «упругие несовершенства» или «явления неупругости».Процессы неупругости, развивающиеся во времени в направлении к равновесному состоянию, являются релаксационными.

    Релаксационные процессы развиваются по-разному в зависимости от свойств тела, вида деформации и условий, в которых они протекают, и проявляются в виде упругого последействия, внутреннего трения, релаксации напряжений.

    Явление релаксации напряжений

    Еще в первой половине прошлого столетия были отмечены факты самопроизвольного уменьшения внутренних напряжений.По мнению Пуассона, в жидкостях в течение некоторого времени непрерывно выравниваются или ослабляются напряжения от внешнего давления.Распространив эту мысль на твердые тела, К.Максвелл сделал предположение, что спадание (или релаксация) напряжений в функции времени пропорционально величине напряжения.Он рассматривал твердое тело как упруго-вязкую систему, сочетающую в себе идеально упругое тело Гука и идеально вязкое тело Ньютона.Следовательно, по Максвеллу изменение (релаксация) напряжения во времени должно следовать закону:

    где константа, характеризующая скорость релаксации;

    Е— модуль упругости;

    После интегрирования в пределах от 0 до ф при начальных условиях ф=0; получаем

    Величину, обратную k, Максвелл назвал «временем релаксации» .Тогда уравнение (2) можно представить в виде

    Здесь — время, в течение которого начальное напряже-ние убывает в e=2,71828 раз.

    Помимо модели Максвелла (рисунок 1,а), состоящей из последовательно соединенных элементов: упругого Е и вязкого з, для описания процессов ползучести используют модель Кельвина-Фойгта (рисунок 1,б), состоящую из параллельно соединенных элементов Е и з, а также комбинации моделей Кельвина-Фойгта, Максвелла и упругих элементов.Так, при описании ползучести и релаксации, согласно комбинированной гипотезе ползучести, предложенной Е.А.Хейном, использована модель рисунок 1,в.Она состоит из звена Максвелла, описывающего необратимую ползучесть, и совокупности звеньев Кельвина—Фойгта, моделирующих упругое последействие.

    Н.С.Курнаков рассматривал явление релаксации напряжений в тесной связи с природой и свойствами испытуемого материала и его состоянием.Наблюдая во время опытов по изучению давления истечения пластических тел за процессом изменения напряжения во времени, он пришел к выводу, что скорость релаксации k (а следовательно, и время релаксации ) зависят не только от внешних условий (температуры, давления и др.), но и от природы металла и его предварительной обработки.

    Рисунок 1 — Модели твердого тела

    Н.С.Курнаков придавал большое значение явлению релаксации напряжений и даже включил «время релаксации» в число свойств, определяемых при физико-химическом анализе металлов и сплавов.

    Основные идеи Н.С.Курнакова впоследствии были развиты при изучении физической природы релаксации напряжений С.И.Губкиным, Л.В.Шведовым и другими исследователями.

    В частности, С.И.Губкин [2] высказал мысль, что в поликристаллическом металле скорость релаксации напряжений зависит от скорости межзеренных скольжений и внутрикристаллических сдвигов.Это положение было позднее развито и значительно дополнено И.А.Одингом.Далее, скорость процессов релаксации обусловлена не только скоростью деформации, но прежде всего является функцией состояния самого вещества.

    Как уже упоминалось, релаксация напряжений — процесс самопроизвольного снижения напряжения в теле, поставленном в условия неизменности начальной деформации в направлении действия силы.Эти напряжения могут быть специально созданы при сборке узлов машин или приборов, например болтовые соединения, цилиндрические и ленточные пружины, сохраняющие свои размеры в процессе работы, различные тугие посадки и т.д., а также находящий все более широкое применение напряженный бетон, армированный предварительно напряженной проволокой.Во всех этих случаях желательно возможно дольше сохранить близкий к начальному уровень напряжений и поэтому их релаксация нежелательна.

    В процессе изготовления (обработки) деталей в них могут возникать остаточные напряжения.В качестве примера можно привести сварные соединения, пленочные покрытия, детали, получаемые холодной штамповкой, и др.Такие «технологические» напряжения во многих случаях являются нежелательными, поскольку они могут вызнать во время службы недопустимое формоизменение детали или даже привести к ее разрушению.Поэтому следует создавать такие условия, чтобы релаксация технологических напряжений проходила с возможно большой интенсивностью.

    Релаксация напряжений в чистом виде проявляется при постоянной начальной суммарной деформации.Основное условие релаксации (в упругой области) можно выразить соотношением

    где — начальная суммарная деформация;

    еу— упругая деформация;

    еп — остаточная (пластическая) деформация, накап-ливающаяся в процессе релаксации.

    Если тело было нагружено в упругой области, то в начальный момент времени (ф) =еу и еп = 0.

    Условие постоянства начальной суммарной деформации справедливо только в случае мгновенного первич-ного нагружения тела в упругой области с последующей релаксацией напряжений.Если нагружение производить замедленно, то при этом в результате релаксации напряжений может возникнуть пластическая деформация.Пластическая деформация происходит и в случае нагружения тела выше предела упругости.Таким образом, более строго условие постоянства начальной суммарной деформации следует записать

    где— пластическая деформация, возникающая при нагружении детали.

    С течением времени в нагруженном теле, поставленном в условии неизменности начальной суммарной деформации, упругая деформация снижается и соответственно этому растет пластическая деформация.Уменьшение упругой деформации (упругих искажений кристаллической решетки) влечет за собой снижение (релаксацию) напряжений.Это наглядно показано на рисунке 2,а, на котором дана схема уменьшения упругой деформации и соответственного роста пластической, а на рисунке 2,6 — кривая релаксации напряжений.

    Ряд закономерностей процесса релаксации напряжений был установлен на монокристаллах.Протекание процессов релаксации напряжений в поликристаллическом металле вследствие наличия границ зерен осуществляется более сложным образом.Например, в поликристаллических металлах при определенных силовых и температурных условиях возникает напряженное состояние за счет упругих смещений по границам зерен.Поэтому возможно также и снятие напряжений путем релаксации по грани-цам зерен.Оно может происходить двумя путями — либо путем направленного смещения атомов через границы (диффузионная пластичность), либо в результате скольжения по границам зерен.

    1-типичная зависимость у-ф; 2-возможная форма кривой для сплава со структурными превращениями (а — b — I период; b — с — II период; с — d — III период релаксации)

    Рисунок 2 — Схема изменения пластической и упругой деформаций.а) и начального напряжения б) в процессе релаксации.

    Б.М.Ровинский [3] полагает, что в поликристаллическом теле возможны три разновидности процесса релаксации напряжений:

    а) упруго-пластическая релаксация, описываемая уравнением

    где —начальное напряжение;

    — напряжение в момент времени ф;

    p — показатель релаксационной стойкости;

    k — относительная скорость релаксации напряжений.

    Этот вид релаксации происходит преимущественно в области относительно невысоких температур, не превышающих температуру отдыха (ниже

    б) упруго-вязкая деформация по границам зерен (блоков)

    характерная главным образом для области средних температур (0,25—0,5) ;

    в) упруго-вязкая деформация, обусловленная диффузионным током атомов (вакансий)-для области высоких температур (>0,5 ):

    Все эти уравнения можно рассматривать как частные случаи уравнения Одинга — Надаи:

    в котором член — обозначен через k, kа, , а в уравнении введен степенной показатель

    Механизмы релаксации напряжений в металле

    Релаксацией напряжений в металле называется процесс самопроизвольного затухающего падения напряжений во времени.

    Процесс релаксации можно представить следующим образом: пусть болту сообщена некоторая упругая деформация путем завинчивания гайки.При этом в болте создается напряжение.Нагрев болтового соединения до высокой температуры вызовет через некоторое время снижение напряжения и тем значительнее, чем выше температура и время выдержки болта под нагрузкой.

    Процесс релаксации проявляется наиболее наглядно ро фланцевых соединениях, работающих в условиях высоких температур.Вместе с тем этот процесс играет большую роль в уменьшении величин рабочих напряжений, а также напряжений, вызванных приложением к детали постоянной нагрузки или постоянной составляющей температурных напряжений.

    Возникновение остаточных деформаций в процессе релаксации позволяет рассматривать его как процесс ползучести при уменьшающемся напряжении.Однако механизмы релаксации имеют ряд особенностей, связанных с влиянием на нее процессов диффузии и самодиффузии.

    Установлено, что релаксация протекает преимущественно путем сдвигово-дислокационного механизма, развивающегося в первую очередь по поверхностям раздела, т.е.на границах зерен, блоков, вторичных фаз и по плоскостям скольжения, в которых произошел сдвиг.Этот механизм релаксационных процессов называется пограничной релаксацией.Кроме того, релаксация напряжений может происходить за счет диффузионных процессов во всем объеме металла.Этот механизм релаксации получил название объемной.

    Пограничная релаксация обусловлена тем, что поверхности раздела не способны в течение длительного времени нести приложенные к ним скалывающие напряжения и происходящий сдвиг вдоль границ приводит к перераспределению приложенных к ним напряжений.При этом считается, что при снятии напряжений на поверхностях раздела, протекающем по экспоненциальному закону, происходит концентрация их у стыков зерен, блоков и других узлов жесткости структуры, способных нести напряжения.

    Объемная релаксация, очевидно, играет второстепенную роль в поликристаллических металлах, и ее доля в общем процессе релаксации незначительна.Ее можно представить как упорядочение неупорядоченных участков кристаллической решетки.При этом предполагается, что диффузия атомов через поверхности раздела отсутствует.

    Большая Энциклопедия Нефти и Газа

    Релаксация — напряжение

    Релаксация напряжений в результате химического равновесия возможна только при относительно малых размерах молекул си-лана или цепей полимера на поверхности раздела.Поэтому при большой отливке термореактивной, модифицированной силаном смолы на стеклянном блоке происходит разрушение стекла в процессе циклического воздействия температуры, а та же смола в композите на основе стеклянного волокна или мелкодисперсного минерального наполнителя не вызывает растрескивания материала.Испытания на стеклянных прутках или блоках, вмонтированных в массу полимера, не воспроизводят условий, существующих на поверхности раздела в полимерных композитах, армированных стеклянным волокном.[1]

    Релаксация напряжения определяется как изменение напряжения в материале при неизменной деформации.В результате релаксации натяжение исчезает, и содержимое упаковки больше не удерживается вместе.[3]

    Релаксация напряжения проявляется в снижении начального значения рко уже в первые часы после монтажа уплотнения.В дальнейшем ( в течение нескольких лет) снижение контактного давления происходит вследствие старения, сопровождающегося накоплением необратимых остаточных деформаций.Поверхность кольца принимает форму поверхности, контактирующей с ней.При температуре ниже температуры стеклования резина становится подобной мягким металлам и уплотнение часто теряет герметизирующую способность.Необходимо учитывать изменение объема и размеров кольца вследствие взаимодействия резины с рабочей и окружающей средами.В настоящее время подавляющее большинство уплотнений машин выполняют с помощью резиновых колец круглого сечения, поэтому механизм герметизации эластомерными кольцами ч рассмотрен ниже в основном на примере этих колец.Остальные виды колец ( прямоугольного, X и V-образного, эллиптического сечения) отличаются от колец круглого сечения в основном лишь распределением контактного давления по контактной поверхности.[4]

    Релаксация напряжений в период, ближайший после затяга, значительна.После обжатия при контактном давлении 70 МПа герметичность соединения сохраняется и при — контактном давлении на прокладке равном рабочему.Наибольшее допускаемое контактное давление на паронит 130 МПа, Чтобы улучшить герметичность соединения и увеличить сопротивление распору прокладки средой, на уплотнительных поверхностях соединения обычно создают две-три узкие канавки треугольного сечения, в которые паронит вдавливается под действием усилия затяга.Такие канавки делаются и при использова-нии других неметаллических прокладок Листы паронита изготовляются толщиной до 6 мм.Прокладку целесообразно применять возможно более тонкую но толщина ее должна быть достаточной для герметизации соединения при дан ной шероховатости обработанных поверхностей и площади уплотнения.[5]

    Релаксация напряжений существенно влияет на эволюцию импульса нагрузки в материале и должна учитываться в точных расчетах динамики движения среды на волновой стадии.Необходимость детального описания структуры волн сжатия и разрежения возникает, например, при исследовании кинетики полиморфного превращения, разрушения и других релаксационных процессов, где нужно разделить особенности структуры регистрируемых волновых профилей, связанные с исследуемым процессом и с вязкоупругопластичес-кими свойствами материала.[6]

    Релаксация напряжений в прессовых соединениях служит причиной снижения их прочности.[7]

    Релаксация напряжения у полимеров может быть результатом текучести, обусловленной наличием линейных или разветвленных молекул ( золь-фракция) или появляющейся в результате разрушения сетчатой структуры полимера.Во многих случаях могут образовываться новые поперечные связи, находящиеся в равновесии, соответствующем деформированному состоянию.При достаточно высокой постоянной нагрузке и релаксации напряжения это деформированное состояние постоянно изменяется, так что испытуемый образец в конце концов разрушается.При меньших нагрузках релаксация напряжения может достичь предельного значения, которое определяется степенью поперечного сшивания, а также стабильностью поперечных связей и сегментов цепей между сшивками.[8]

    Релаксация напряжений представляет собой зависящее от времени изменение напряжения при постоянной величине деформации и данной температуре.[10]

    Релаксация напряжения у полимеров может быть результатом текучести, обусловленной наличием линейных или разветвленных молекул ( золь-фракиия) или появляющейся в результате разрушения сетчатой структуры полимера.При достаточно высокой постоянной нагрузке и релаксации напряжения это деформированное состояние постоянно изменяется, так что испытуемый образец в конце концов разрушается.При меньших нагрузках релаксация напряжения может достичь предельного значения, которое определяется степенью поперечного сшивания, а также стабильностью поперечных связей и сегментов цепей между сшивками.[11]

    Релаксация напряжений происходит в том случае, если волокно растянуть на длину, соответствующую достижению заданного уровня напряжения, и выдержать, не давая ему сократиться, при фиксированном значении длины.В опытах волокно растягивали до значения напряжения 0 5 г / денье и затем измеряли время, необходимое для того, чтобы напряжение снизилось до 0 4 г / денье.Для волокон из влажного найлона и из ПЭТФ это время быстро увеличивается, как только достигается температура стеклования.[13]

    Релаксация напряжений представляет собой зависящее от времени изменение напряжения при постоянной величине деформации и данной температуре.[15]

    Рейтинг автора
    Автор статьи
    Алиса Синдеева
    Написано статей
    398
    Ссылка на основную публикацию