Ползучесть и релаксация
Ползучесть и релаксация физически тесно связаны друг с другом и встречаются почти во всех материалах, таких как металлы, бетон, пластмассы и древесина. Оба явления приводят к тому, что начальное состояние (напряжение \(\sigma\) и деформация \(\varepsilon\)), без изменения внешних условий, непрерывно изменяется с течением времени в зависимости от системы и нагрузки. Чтобы учесть их при анализе, зависящем от времени, вязкоупругие эффекты должны учитываться с помощью реологической модели.
Ползучесть
Если элемент конструкции постоянно нагружается неизменной нагрузкой (напряжение \(\sigma = \text{константа}\)), то, помимо немедленной упругой деформации, возникает дополнительная зависящая от времени деформация ползучести \(\varepsilon(t)\). Это особенно актуально для элементов конструкций из бетона и древесины.
Релаксация
Если элемент конструкции растягивается до определенной длины (деформация \(\varepsilon = \text{константа}\)) и фиксируется в этом положении, внутреннее преобразование структуры материала приводит к тому, что приложенное напряжение \(\sigma(t)\) со временем падает. Это поведение актуально прежде всего для пред. напряженных элементов конструкций, например предварительно напряженной арматуры, предварительно напряженных болтов, канатов и мембран.
Усадка
Элементы конструкций из определенных материалов, таких как бетон и древесина, склонны к объемной усадке с течением времени. Причиной этого является потеря влаги в окружающую среду и уменьшение объема вследствие химических реакций, а также структурных преобразований при затвердевании. Моделирование осуществляется путем приложения зависящей от времени деформации усадки. В зависимости от внешних условий усадка приводит либо к вынужденным напряжениям, при стеснении деформации усадки, либо к свободной деформации. На следующем рисунке показано схематическое изменение во времени при свободной (сверху) и стесненной (снизу) усадке.
Старение
Еще одним зависящим от времени эффектом является старение, которое включает в себя изменение характеристик материала с течением времени. Это особенно касается модуля упругости и прочности. На примере бетона следует отметить увеличение вышеупомянутых значений с течением времени из-за продолжающегося твердения. Другим примером является охрупчивание и потеря прочности у пластмасс из-за деструкции и распада.