Kriechen und Relaxation
Kriechen und Relaxation sind physikalisch eng miteinander verknüpft und treten in fast allen Werkstoffen wie Metallen, Beton, Kunststoffen und Holz auf. Beide führen dazu, dass ein Anfangszustand (Spannung \(\sigma\) und Dehnung \(\varepsilon\)), ohne Änderung der äußeren Bedingungen, sich je nach System und Belastung über die Zeit kontinuierlich ändern. Um diese bei einer zeitabhängigen Analyse zu berücksichtigen müssen die viskoelastischen Effekte über ein rheologisches Modell berücksichtigt werden.
Kriechen
Wird ein Bauteil dauerhaft mit einer konstanten Last (Spannung \(\sigma = \text{konstant}\)) belastet, kommt es neben der sofortigen elastischen Verformung zu einer zeitabhängigen, zusätzlichen Kriechdehnung \(\varepsilon(t)\). Dies ist vor allem für Bauteile aus Beton und Holz relevant.
Relaxation
Wird ein Bauteil auf eine bestimmte Länge gedehnt (Dehnung \(\varepsilon = \text{konstant}\)) und in dieser Position fixiert, führt die innere Gefügeumwandlung des Materials dazu, dass die aufgebrachte Spannung \(\sigma(t)\) mit der Zeit abfällt. Relevant ist dieses verhalten vor allem für vorgespannte Bauteile, beispielsweise Spannstahl, vorgespannte Schrauben, Seile und Membranen.
Schwinden
Bauteile aus bestimmten Materialien wie Beton und Holz neigen zu einer Volumenkontraktion über die Zeit. Ursächlich hierfür ist Feuchtigkeitsabgabe an die Umgebung und eine Volumenverringerung durch chemische Reaktionen sowie Gefügeumwandlungen beim Erhärten. Der Ansatz erfolgt durch Aufbringung einer zeitabhängigen Schwinddehnung. Je nach äußeren Bedingungen führt Schwinden im zu Zwangsspannungen, bei Behinderung der Schwinddehnung, oder zu einer freien Dehnung. Nachfolgendes Bild zeigt den schematischen Verlauf über die Zeit bei freiem (oben) und behindertem (unten) Schwinden.
Alterung
Ein weiterer zeitabhängiger Effekt ist die Alterung, welcher die Änderung der Materialkennwerte über die Zeit umfasst. Dies betrifft insbesondere den Elastizitätsmodul und die Festigkeit. Am Beispiel Beton ist die Zunahme der vorgenannten Werte über die Zeit durch die voranschreitende Erhärtung erwähnenswert. Ein anderes Beispiel ist die Versprödung und der Festigkeitsverlust bei Kunststoffen durch Abbau und Zerfall.