蠕变是指由于应力长时间的作用而使材料发生缓慢的黏性变形的现象,即应力保持恒定,而变形随时间不断增加的现象。大多数常见的高聚物、高温金属、地质体材料和混凝土等建筑材料都有蠕变的现象。
在蠕变试验中,对材料施加载荷,该载荷应小于会立即引起破坏的载荷,然后保持载荷不变,用引伸计或应变片测量在一段时间内材料的变形(蠕变应变)。在同一试验中,还记录发生失效所需的时间与载荷大小的关系,这样所得到的曲线称为应力断裂曲线或蠕变断裂曲线。一旦得到蠕变应变与时间的关系曲线(蠕变曲线),就可以运用多种已有的数学工具进行外推,从而获得所做试验的时间区间以外的时间内材料的蠕变特性。典型的蠕变曲线(见图)可分为4个部分:①为开始加载后所引起的瞬时弹性变。②
为蠕变的第Ⅰ阶段,这一阶段的变形速度随时间而减小。③
为蠕变的第Ⅱ阶段,也称蠕变稳定阶段,这一阶段内的蠕变速度近于常数。④
为蠕变的第Ⅲ阶段,也称蠕变加速阶段,这一阶段内的蠕变速度随时间而增加,最后在
点断裂。
不同材料的蠕变曲线不同,而同一种材料的蠕变曲线也随应力和温度的改变而不同。蠕变试验的时间,根据零件在高温下的使用寿命而定。对在高温下长期运行的锅炉、汽轮机等使用的材料,有时要求提供10万~20万小时的性能试验数据。
温度越高或应力越大,蠕变现象越显著。蠕变可在单一应力(拉力、压力或扭力),也可在复合应力下发生。蠕变试验通常在单向拉伸条件下进行。