Stressavslappning

Inom materialvetenskap är spänningsavslappning den observerade minskningen av spänning som svar på spänningar som genereras i strukturen . Detta beror i första hand på att strukturen hålls i ett ansträngt tillstånd under ett visst bestämt tidsintervall, vilket orsakar en viss mängd plastisk spänning. Detta ska inte förväxlas med krypning , som är ett konstant stresstillstånd med en ökande belastning.

Eftersom avslappning lindrar stresstillståndet har den effekten att även utrustningens reaktioner lindras. Avslappning har alltså samma effekt som kall fjädring, förutom att den sker under en längre tid. Mängden avslappning som sker är en funktion av tid, temperatur och stressnivå, så den faktiska effekten den har på systemet är inte exakt känd, men kan begränsas.

Stressavslappning beskriver hur polymerer lindrar stress under konstant belastning. Eftersom de är viskoelastiska, beter sig polymerer på ett icke-linjärt , icke-Hookeanskt sätt. Denna olinjäritet beskrivs av både spänningsavslappning och ett fenomen som kallas krypning , som beskriver hur polymerer töjs under konstant spänning. Experimentellt bestäms spänningsrelaxation genom stegtöjningsexperiment, dvs genom att applicera en plötslig engångsbelastning och mäta uppbyggnaden och efterföljande relaxation av spänningen i materialet (se figur), i antingen extensions- eller skjuvreologi .

a) Applicerad stegtöjning och b) inducerad spänning som funktioner av tid för ett viskoelastiskt material.

Viskoelastiska material har egenskaperna hos både viskösa och elastiska material och kan modelleras genom att kombinera element som representerar dessa egenskaper. En viskoelastisk modell, kallad Maxwell-modellen , förutsäger beteende som liknar en fjäder (elastiskt element) som är i serie med en dashpot (viskös element), medan Voigt-modellen placerar dessa element parallellt. Även om Maxwell-modellen är bra på att förutsäga stressavslappning, är den ganska dålig på att förutsäga krypning. Å andra sidan är Voigt-modellen bra på att förutsäga krypning men ganska dålig på att förutsäga stressavslappning (se viskoelasticitet ).

Den extracellulära matrisen och de flesta vävnader är stressavslappnande, och kinetiken för stressavslappning har erkänts som en viktig mekanisk signal som påverkar migration, proliferation och differentiering av inbäddade celler .

Beräkningar av stressavslappning kan skilja sig åt för olika material:

För att generalisera använder Obukhov maktberoende:

\sigma (t)={\frac {\sigma _{0}}{1-[1- (t/t^{*})(1^{1-n})]}}

där $\sigma _{0}$ är den maximala spänningen vid den tidpunkt då belastningen togs bort ( t* ), och n är en materialparameter.

Vegener et al. använd en kraftserie för att beskriva spänningsavslappning i polyamider:

$\sigma (t)=\summa _{m,n}^{}{A_{ mn}[\ln(1+t)]^{m}(\epsilon '_{0})^{n}}$

För att modellera spänningsavslappning i glasmaterial använder Dowvalter följande:

${\displaystyle \sigma (t)={\frac {1}{b}}\ cdot \log {\frac {10^{\alpha }(t-t_{n})+1}{10^{\alpha }(t-t_{n})-1}}} där α {$ \ $\ alfa }$ är en materialkonstant och b och $t_{n}$ beror på bearbetningsförhållandena.

Följande icke-materialparametrar påverkar alla spänningsavslappning i polymerer :

Storleken på initial laddning
Lastningshastighet
Temperatur (isotermiska vs icke-isotermiska förhållanden)
Laddar medium
Friktion och slitage
Långtidsförvaring

Se även