蠕變速率簡介

蠕變速率是指高溫下材料發(fā)生蠕變變形時(shí)輿伸長量對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)即為蠕變速率。蠕變由3個(gè)階段組成：第一階段是蠕變初始階段；第二階段是蠕變恒速階段；第三階段是蠕變加速階段，已接近蠕變斷裂。通常所指的蠕變速率是指第二階段即恒速蠕變階段的速率。如果能測得某一溫度、某一應(yīng)力水平下的螺變迚率，則可粗略計(jì)算構(gòu)件的蠕變壽命。

蠕變速率（creep rate）

蠕變速率：蠕變試驗(yàn)中單位時(shí)間的蠕變變形。即給定時(shí)間內(nèi)蠕變曲線的斜

率。2100433B

單向拉伸蠕變實(shí)驗(yàn)是蠕變計(jì)算的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。施加載荷可分為恒應(yīng)力和恒位移。恒應(yīng)力實(shí)驗(yàn)可以測得蠕變曲線，恒位移載荷可以測定應(yīng)力松弛曲線。以應(yīng)變量為縱坐標(biāo)，時(shí)間為橫坐標(biāo)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得出蠕變曲線。如圖1所示，單軸拉伸的蠕變曲線可以分為三個(gè)階段：

（1）第一階段，初始蠕變階段。位錯(cuò)微觀結(jié)構(gòu)不斷擴(kuò)展使應(yīng)變速率不斷降低。

（2）第二階段，穩(wěn)態(tài)蠕變階段。變形與回復(fù)機(jī)制達(dá)到平衡，產(chǎn)生了穩(wěn)定的應(yīng)變速率。蠕變速率變?yōu)槌?shù)，最小蠕變速率出現(xiàn)在此階段。

（3）第三階段，加速蠕變階段。有效橫截面的降低促使應(yīng)變速率持續(xù)增長，直到斷裂失效。

載荷加載瞬間產(chǎn)生了一個(gè)彈性應(yīng)變，隨后經(jīng)歷上述的三個(gè)階段。其中穩(wěn)態(tài)蠕變階段變形過程時(shí)間最長，占了整個(gè)蠕變壽命的大部分。科學(xué)研究也主要集中在第二階段的蠕變行為。

根據(jù)蠕變實(shí)驗(yàn)可以得到不同溫度和應(yīng)力水平下的蠕變曲線，使用方程來描述這些曲線并不困難。但是蠕變物理機(jī)制復(fù)雜，導(dǎo)致蠕變變形的原因較多。蠕變應(yīng)變量、蠕變應(yīng)變速率、蠕變應(yīng)力、變形時(shí)間以及環(huán)境溫度之間關(guān)系復(fù)雜，建立一致的關(guān)系式不太容易。針對(duì)蠕變問題學(xué)者們大膽假設(shè)，使用較少的物理量來反應(yīng)蠕變關(guān)系，得出相應(yīng)的蠕變理論。比較經(jīng)典的成果為：陳化理論、時(shí)間硬化理論、應(yīng)變硬化理論、塑形滯后理論等。其中時(shí)間硬化理論主要思路是：材料進(jìn)入硬化導(dǎo)致蠕變變形率下降的因素是時(shí)間，和蠕變應(yīng)變沒有關(guān)系。應(yīng)變硬化理論指出：受時(shí)間控制的蠕變與塑性變形作用不一致，導(dǎo)致硬化的因素是蠕變階段的應(yīng)變量。

巖石在地質(zhì)條件下的蠕變可以產(chǎn)生相當(dāng)大的變形而所需要的應(yīng)力卻不一定很大。蠕變隨時(shí)間的延續(xù)大致分3個(gè)階段：①初始蠕變或過渡蠕變，應(yīng)變隨時(shí)間延續(xù)而增加，但增加的速度逐漸減慢；②穩(wěn)態(tài)蠕變或定常蠕變，應(yīng)變隨時(shí)間延續(xù)而勻速增加，這個(gè)階段較長；③加速蠕變，應(yīng)變隨時(shí)間延續(xù)而加速增加,直達(dá)破裂點(diǎn)。應(yīng)力越大，蠕變的總時(shí)間越短；應(yīng)力越小，蠕變的總時(shí)間越長。但是每種材料都有一個(gè)最小應(yīng)力值，應(yīng)力低于該值時(shí)不論經(jīng)歷多長時(shí)間也不破裂，或者說蠕變時(shí)間無限長，這個(gè)應(yīng)力值稱為該材料的長期強(qiáng)度。巖石的長期強(qiáng)度約為其極限強(qiáng)度的2/3。