蠕变

由应力引起的应变随时间变化的现象。许多材料(如金属、塑料、岩石和冰)在一定条件下都表现出蠕变的性质。由于蠕变，材料在某瞬时的应力状态，一般不仅与该瞬时的变形有关，而且与该瞬时以前的变形过程有关。许多工程问题都涉及蠕变。在维持恒定变形的材料中，应力会随时间的增长而减小，这种现象为应力松弛，它可理解为一种广义的蠕变。

图1表示在三个不同的恒定应力σ＜σ＜σ作用下，材料的应变ε随时间t 变化的典型蠕变曲线。曲线的终端表示材料发生断裂。t=0时的应变表示加载结束时的即时应变，它包括弹性应变和塑性应变。蠕变曲线可分为三个阶段，如图2所示：Ⅰ为非定常蠕变阶段，应变率随时间的增加而减小；Ⅱ为定常蠕变阶段，应变率保持常值；在最末阶段Ⅲ，应变率随时间而增大，最后材料在时刻发生断裂。通常，升高温度或增加应力会使蠕变加快并缩短达到断裂的时间。若应力较小或温度较低，则蠕变的第二阶段(Ⅱ)持续较久，甚至不出现第三阶段(Ⅲ)，如图1中σ＝σ对应的蠕变曲线；相反，若应力较大或温度较高，则蠕变的第二阶段(Ⅱ)较短，甚至不出现，如图1中σ＝σ对应的蠕变曲线。

图1

图2

目前，还没有一个适用于一切材料的统一蠕变理论。对金属材料目前主要有老化理论、强化理论和蠕变后效理论。如以p＝ε－ε表示蠕变的应变(ε为t＝0时的应变)，表示蠕变应变率，则对于单向受力情形，这些理论的不同在于：老化理论认为，在恒应力的条件下，时间t以显函数出现于蠕变应变的表达式之中，即 p＝f(σ，t)。强化理论认为，蠕变应变率主要取决于蠕变应变，即有＝g(σ，p)。蠕变后效理论则认为，蠕变现象实质上是塑性后效，去除应力之后，后效应变是不可恢复的，若以塑性变形规律σ＝(ε)为基础，可将(ε)分解为两部分：

，

等号右端第一项为基本部分；第二项为后效影响部分，K称为影响函数，它是在τ时刻的单位时间内，单位应力在此后时刻t所引起的变形。上述各关系式可推广到三向应力状态，但都只在一定条件下近似反映出材料的蠕变性能。

蠕变的微观机制对于不同的材料是不同的。引起多晶体材料蠕变的原因据认为是原子晶间位错引起的点阵的滑移以及晶间扩散等。

材料在恒拉应力作用下，经过一定时间以后发生断裂的现象称为蠕变断裂。在给定温度下，使材料经过规定时间发生断裂的应力值称为持久强度。表示恒应力σ 随断裂时间的变化曲线称为持久强度曲线。在三向应力状态下，一般采用最大正应力(或经适当修正，以考虑剪应力的影响)作为等效应力来绘制持久强度曲线。在恒定压应力下，构件中的位移经过一段时间后会急剧增大，这种现象称为蠕变曲屈，它是受压构件在蠕变条件下的一种失效形式。

目前，蠕变理论、蠕变断裂的微观机制以及蠕变和工程构件其他失效形式的相互作用的研究仍不成熟，有待今后继续深入。