Повзучість
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Повзучість

Повзучість матеріалів, повільна безперервна пластична деформація твердого тіла під впливом постійного навантаження або механічної напруги. До п. в тій чи іншій мірі схильні всі тверді тіла — як кристалічні, так і аморфні. Явище П. було відмічене декілька сотів років назад, проте систематичні дослідження П. металів і сплавів, гум, стекол відносяться до початку 20 ст і особливо до 40-м-коду рр., коли у зв'язку з розвитком техніки зіткнулися, наприклад, з П. дисків і лопаток парових і газових турбін, реактивних двигунів і ракет, в яких значний нагрів поєднується з механічними навантаженнями. Було потрібно конструкційні матеріали ( жароміцні сплави ) , деталі з яких витримували б навантаження тривалий час при підвищених температурах. Довгий час вважали, що П. може відбуватися лише при підвищених температурах, проте П. має місце і при дуже низьких температурах, так, наприклад, в кадмії помітна П. спостерігається при температурі —269 °С, а в заліза — при —169 °С.

загрузка...

  П. спостерігають при розтягуванні, стискуванні, крученні і ін. видах вантаження. У реальних умовах служби жароміцного матеріалу П. відбувається у вельми складних умовах вантаження. П. описується т.з. кривій повзучості ( мал. 1 ), яка є залежністю деформації від часу при постійних температурі і прикладеному навантаженню (або напрузі). Її умовно ділять на три ділянки, або стадії: АВ — ділянка несталої (або затухаючою) П. (I стадія), BC — ділянка сталої П. — деформації, що йде з постійною швидкістю (II стадія), CD — ділянка прискореної П. (Ill стадія), E 0 деформація у момент додатка навантаження, точка D — момент руйнування. Як загальне час до руйнування, так і протяжність кожною із стадій залежать від температури і прикладеного навантаження. При температурах, що становлять 0 4—0,8 температур плавлення металу (саме ці температури представляють найбільший технічний інтерес), загасання П. на першій її стадії є результатом деформаційного зміцнення ( наклепання ) . Т. до. П. відбувається при високій температурі, то можливо також зняття наклепання — т.з. повернення властивостей матеріалу. Коли швидкості наклепання і повернення стають однаковими, настає II стадія П. Переход в III стадію пов'язаний з накопиченням пошкодження матеріалу (пори, мікротріщини), утворення яких починається вже на I і II стадіях.

  Описані криві П. мають однаковий вигляд для широкого круга матеріалів — металів і сплавів, іонних кристалів напівпровідників, полімерів, льоду і ін. твердих тіл. Структурний же механізм П., тобто елементарні процеси, що приводять до П., залежить як від вигляду матеріалу, так і від умов, в яких відбувається П. Фізічеський механізм П. такий же, як і пластичності . Все різноманіття елементарних процесів пластичної деформації, що приводять до П., можна розділити на процеси, здійснювані рухом дислокацій, і процеси в'язкої течії. Останні мають місце в аморфних тіл при всіх температурах їх існування, а також в кристалічних тіл, зокрема в металів і сплавів, при температурах, близьких до температур плавлення. При постійних деформаціях унаслідок П. напруги з часом падають, тобто відбувається релаксація напруги ( мал. 2 ).

  Високий опір П. є одним з чинників, що визначають жароміцність . Для порівняльної оцінки технічних матеріалів опір П. характеризують межею повзучості — напругою, при якій за заданий час досягається дана деформація. У авіаційному моторобудуванні приймають час, рівний 100—200 ч, при конструюванні стаціонарних парових турбін — 100 000 ч. Інколи опір П. характеризують велічиной швидкості деформації після заданого часу. Швидкість  повної деформації e складається з швидкості  пружної деформації і швидкості  деформації П.

  Ст М. Розенберг.

 

  Теорія П. близько примикає до пластичності теорії, проте в зв'язку з різноманітністю механічних властивостей твердих тіл єдиної теорії П. немає. Для металів переважно користуються теорією течії:  = f (s, t ) (s —- напруга, t — час), яка задовільно описує П. при напрузі, що змінюється повільно і монотонно, але має істотно нелінійний характер залежності  від s.

  повніший опис П. дає теорія зміцнення:  = f (s ), яка зручна для наближеного аналізу короткочасною П. при високому рівні напруги. Теорія зміцнення правильно уловлює деякі особливості П. при напрузі, що змінюється, проте її вживання пов'язане з великими математичними труднощами.

  В механіці полімерів зазвичай користуються теорією спадковості:

,

де K ( t - t) т.з. ядро післядії, яка характеризує, якою мірою у момент часу t відчувається вплив (післядія) на деформацію одиничної напруги, що діяла протягом одиничного проміжку часу в раніший момент t. Т. до. напруга діє і в ін. моменти часу, то сумарна післядія враховується інтегральним членом. Теорія спадковості визначає повну деформацію і дає якісний опис деяких складніших явищ (наприклад, ефекту зворотної П.).

  Л. М. Качанов.

 

  Літ.: Работнов Ю. Н., Опір матеріалів, М., 1962; Розенберг Ст М., Основи жароміцності металевих матеріалів, М., 1973; Гарофало Ф., Закони повзучості і тривалої міцності металів і сплавів, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1968; Работнов Ю. Н., Повзучість елементів конструкцій, М., 1966; Бугаков І. І., Повзучість полімерних матеріалів, М., 1973; Качанов Л. М., Теорія повзучості, М., 1960; Малінін Н. Н., Прикладна теорія пластичності і повзучості, М., 1968; Работнов Ю. Н., Теорія повзучості, в кн.: Механіка в СРСР за 50 років, т. 3, М., 1972.

Мал. 1. Приклад кривої повзучості.

Мал. 2. а — крива повзучість e p металів при різних навантаженнях; би — криві релаксації напруги s при постійній деформації.