Таблиця 2.5

Матеріал
Поліаміди	0,047
Поліетилен	0,040
Фенопласт	0,080

При високих температурах і значних початкових напруженнях спостерігається ще одне явище в матеріалах, пов'язане з повільним падінням напружень з часом внаслідок повзучості в навантаженій деталі при незмінній її повній деформації. Це явище одержало назву релаксації напружень.

Сутність релаксації полягає в тому, що пружна деформація частково переходить в пластичну, а повна деформація залишається незмінною:

.

Для кожного матеріалу температура і початкові напруження, що необхідні для прояву релаксації і повзучості, приблизно однакові.

На рис.2.14 наведена крива релаксації. Відрізок ОА на цій кривій відповідає швидкому навантаженню зразка, в результаті чого виникають початкові напруження . Далі на ділянці АВ при сталій повній деформації напруження падають до деякої незмінної величини. Тангенс кута нахилу дотичної до кривої релаксації в будь-якій точці дорівнює швидкості релаксації в цій точці:

. (2.16)

Рис.2.14

У машинобудуванні доводится зважувати на явище релаксації. Наприклад, досить щільні болтові з'єднання котлів високого тиску при деяких умовах можуть поступово ослабшати згодом і пропускати пару внаслідок падіння напруження у стяжних болтах. Особливо небезпечна перша стадія релаксації, при якій відбувається найбільш значне падіння напруження. Ця стадія для різних матеріалів в залежності від температури і початкових напружень триває від декількох годин до декількох сотень годин. У пластмас релаксація відбувається дуже швидко при кімнатній температурі.

Ще одне явище, зв'язане з фактором часу, є характерним для багатьох матеріалів. Це явище називається старінням. Під старінням мається на увазі мимовільна зміна характеристик міцності і пластичності матеріалів згодом при незмінних зовнішніх умовах і відсутності навантаження. Явище це пояснюється внутрішньою нестабільністю матеріалів. Особливо це є характерним для пластмас, у яких внаслідок глибинних окиснювальних процесів значно погіршуються як характеристики пластичності, так і характеристики міцності.

2.9. Потенціальна енергія деформації при осьовому розтяганні і стисканні

Потенціальною енергієюназивається енергія, що накопичується у зразку при його пружних деформаціях. Потенціальна енергія чисельно дорівнює роботі зовнішніх сил, прикладених до тіла, на викликаних ними переміщеннях. За рахунок потенціальної енергії відновлюються первісна форма і розміри зразка при усуненні навантаження.

Розглянемо стержень, що розтягується силою на величину. Розтягуюча сила в процесі деформації повільно зростала від 0 доі виконувала роботу, яка у межах пружних деформацій чисельно дорівнює потенціальній енергії деформації:

.

Припустимо, що в процесі деформації сила прийняла деяке значення. При цьому подовження стержня дорівнює(Рис.2.15,а). Дамо силі збільшення, тоді подовження зросте на величину. Елементарна робота силина цьому пререміщенні буде дорівнювати:

Нехтуючи величиною другого порядку малості, вираз для елементарної роботи одержуємо у вигляді:

.

На рис.2.15,б наведена діаграма розтягання стержня в зоні пружних деформацій. З рисунка видно, що величина дорівнює площі вузької заштрихованої смужки діаграми:

. (2.17)

Рис.2.15

Усю роботу на пружній деформації обчислимо, інтегруючи вираз (2.17) по всій площі діаграми:

.

Таким чином, робота, а, отже, і потенціальна енергія дорівнюють площі діаграми розтягання, яка у межах пружних деформацій має вигляд трикутника:

. (2.18)

Підставляючи в формулу (2.18) замість сили дорівняне їй внутрішнє зусилляі подовження (2.7), одержимо:

. (2.19)

Аналізуючи вираз (2.19), дійдемо висновку, що потенціальна енергія завжди буде додатною. Внаслідок нелінійності функції (2.19) при обчисленні потенціальної енергії не можна користуватися принципом незалежності дії сил. Безпосередньо виразом (2.19) можна користуватися для обчислення потенціальної енергії лише у тому випадку, якщо поздовжня сила на ділянці буде мати стале значення. Якщо ж площі поперечного перерізу і поздовжні сили на ділянках стержня будуть різними, то при стрибкоподібній зміні цих величин потенціальну енергію обчислюють на кожній ділянці окремо, а результати підрахунків складають:

. (2.20)

Якщо ж площа поперечного перерізу або поздовжнє зусилля змінюється за довжиною поступово відповідно до якого-небудь закону, то спочатку записують вираз для потенціальної енергії нескінченно малого відрізку стержня довжиною , уздовж якого і площа поперечного перерізу і поздовжнє зусилля можуть вважатися сталими:

,

а потім інтегрують цей вираз по довжині стержня. Тоді вся потенціальна енергія, що накопичується в стержні, буде дорівнювати:

. (2.21)

Енергія, що витрачається на деформацію одиниці об'єму матеріалу в межах пружності, називається питомою потенціальною енергією і позначається буквою . Для стержня, що розтягується силою(Рис.2.15,а), питома потенціальна енергія дорівнює:

, (2.22)

де  об'єм зразка перед початком навантаження.