应力松弛的产生

高温条件工作的紧固螺栓和弹簧都会发生应力松弛现象。那么什么是应力松弛呢？下面为大家介绍应力松弛相关概念、应力松弛的产生以及相关应力松弛试验。

应力松驰(stress relaxation)是指构件总变形(弹性变形和塑性变形)保持不变，徐变使塑性变形不断增加，弹性变形相应减少，而应力随时间缓慢降低的现象。应力松驰往往会带来不好的影响，如高压蒸汽管道中，法兰紧固螺栓的锁紧力可能随时间降低，故每隔一段时间需拧紧一次，以防漏气。

材料的总应变ε包括弹性应变εe和塑性应变εp，即ε=εe+εp=常数。随着时间增长，一部分弹性变形逐步转变为塑性变形，材料受到的应力相应地逐渐降低。εe的减小与εp的增加是同时等量产生的。如下图

蠕变与应力松弛

蠕变与应力松弛在本质上相同，可以把应力松弛看作是应力不断降低的“多级”蠕变。蠕变抗力高的材料，其抵抗应力松弛的能力也高。但是，目前使用蠕变数据来估算应力松弛数据还是很困难的。某些材料即使在室温下也会发生非常缓慢的应力松弛现象，在高温下这种现象更加明显。松弛现象在工业设备的零件中是较为普遍存在的。例如，高温管道接头螺栓需定期拧紧，以免因应力松弛而发生泄漏事故。

橡胶应力松弛

橡胶应力松弛是一种塑性变形，原因是橡胶的郭度很大，所 施加外力瞬间内不可能均匀分布.经过分子链移动重排后，内应力才能逐渐消除而达到平衡状态。若试验过程中伴随发生 橡胶分子结构变化，如橡胶氧化造成网络结构的破坏，还会引 起化学应力松弛二从橡胶应力松弛可以考察橡胶分子的运动 怕况，从而推测分子结构，从硫化胶高湿应力松弛还可以评价 硫化胶的老化性能，预测产品使用或贮存寿命。

钢材应力松弛

钢材应力松弛也称为钢材松弛损失。预力钢材试验，沿一段期间保持恒定不变的伸长量，经指出该应力预力将不断降低，如右图所示。此降低量依时间与fpi/fpy比而定。钢材的松弛是钢材在长度和温度维持固定不变的状态下，预应力筋中的拉应力随时间而发生的损失。钢材的孙驰损失一般由试验测得。可以认为“松弛”是材料受到外力“袭击”的一种“自卫”反应

拉伸应力松弛

拉伸应力松弛（tensile stress relaxation）是由于高聚物所具有的勃弹特性，使材料受拉伸产生一定Z形变所需的力或应力随着施加应力的过程逐渐降低，这种在恒定应变下的应力随时间衰减的现象，称为拉伸应力松弛。

应力松弛时间的影响因素

理想弹性体是指在变形后具有能几近全部恢愎的原来形状的这一特性的材料。松弛时间是指材料的应力随时间变化的一种量度。弹性体材料受到外力的作用下会产生相应的内应力和变形。而这一内应力则是使材料恢复变形的能力，其会随时间而发生变化，且变小。这种现象为应力松弛。发生这种现象的所需时间越长，说明其保持弹性的能力越强，因此越接近理想弹性体。

应力松弛试验

应力松弛试验是材料机械性能试验的一种。应力松弛现象在室温下进行得很慢，但随着温度的升高就变得很显著，故在机械设计中必须加以重视。

应力松弛试验一般采用圆柱形试样，在一定的温度下进行拉伸加载，以后随着时间的推移，由自动减载机构卸掉部分载荷以保持总变形量不变，测定应力随时间的降低值，即可绘出松弛曲线。也可以采用具有等强度半圆环的环形试样进行松弛试验，测定环形试样缺口处宽度的变化来计算应力降低的数值并画出松弛曲线。

以压力和时间t为坐标的应力松弛曲线可分为两个部分，分别代表两个不同的松弛阶段。在第Ⅰ阶段内，应力随时间的增长而急剧降低；在第Ⅱ阶段内，降低的速度减慢，Z后趋于稳定。半对数坐标 (lgσ-t)的应力松弛曲线中，第Ⅱ阶段呈线性关系，因此可用以进行外推，即由较短时间的试验外推求得较长时间后的剩余应力。

受相同的试验温度和初应力F，经相同的时间后，如剩余应力越高，则材料的抗松弛性能越好。高温工作中的零件由于存在应力松弛，会不同程度地丧失弹性和紧固作用。因此对用于高温的紧固件如弹簧、螺栓等的材料，需要测定松弛性能。

应力松弛的数学表达方法

应力松弛是在应变恒定时，应力随时间的推移而逐渐衰减的现象。

加载数学表达式：

响应数学表达式：

式中：H为Heaviside函数；Y为松弛模量，即单位应变作用下 t 时刻应力值。

如下图所示，在t0~t1时间内，ε=ε0应力作用下，应力从σ0减少到σ1，材料发生应力松弛现象；在t=t1时，卸载为ε=0，应力发生突变，在σ1发生瞬时回弹到σ2；在t >t1 时，材料应力逐渐消除，随着时间的变化逐渐趋近于零，该现象为应力消除