應(yīng)力松弛蠕變試驗機(jī)的核心工作原理是在精準(zhǔn)控制的環(huán)境條件（溫度、濕度等）下，對材料施加 “恒定載荷" 或 “恒定形變"，并長期、高精度監(jiān)測材料力學(xué)響應(yīng)（形變或應(yīng)力）隨時間的演變規(guī)律，從而量化材料的 “蠕變行為"（恒定載荷下形變隨時間增長）與 “應(yīng)力松弛行為"（恒定形變下應(yīng)力隨時間衰減）。其本質(zhì)是通過 “模擬材料長期使用工況"，揭示材料的時間依賴性力學(xué)特性，為預(yù)測材料長期可靠性提供數(shù)據(jù)支撐。

根據(jù)測試目的不同（蠕變測試 / 應(yīng)力松弛測試），其具體工作原理可分為兩大核心流程，以下結(jié)合典型場景詳細(xì)說明：

一、蠕變測試工作原理（恒定載荷→監(jiān)測形變）

蠕變測試針對 “材料在長期恒定載荷下的形變規(guī)律"，核心是保持載荷與溫度穩(wěn)定，持續(xù)監(jiān)測樣品的形變隨時間變化，最終獲取 “蠕變曲線"（形變 - 時間曲線）及關(guān)鍵參數(shù)（如穩(wěn)態(tài)蠕變速率、蠕變壽命）。以 “高溫合金棒狀樣品的蠕變測試"（模擬航空發(fā)動機(jī)葉片工況）為例，具體流程如下：

1. 樣品制備與安裝：確保受力均勻

按標(biāo)準(zhǔn)（如 GB/T 2039-2019）制備樣品：通常為棒狀，標(biāo)距段長度 25mm±0.5mm（形變監(jiān)測的核心區(qū)域），直徑 5mm±0.1mm，表面無毛刺、劃痕（避免應(yīng)力集中導(dǎo)致提前斷裂）；

將樣品安裝在上下夾具中，通過 “同軸度校準(zhǔn)裝置"（如激光定位）確保樣品軸線與加載方向一致（偏差≤0.1mm），避免附加彎曲應(yīng)力；

在樣品標(biāo)距段安裝 “高溫引伸計"（分辨率 0.01μm），直接測量樣品的真實形變（排除橫梁、夾具形變帶來的誤差，尤其高溫下機(jī)架熱脹冷縮影響顯著）。

2. 環(huán)境與載荷參數(shù)設(shè)置：模擬實際工況

溫度控制：將樣品與引伸計一同放入 “管式加熱爐"，按測試需求設(shè)置目標(biāo)溫度（如 800℃，模擬發(fā)動機(jī)葉片工作溫度），通過 “PT100 鉑電阻傳感器" 實時監(jiān)測爐內(nèi)溫度，由溫控系統(tǒng)動態(tài)調(diào)節(jié)加熱功率，確保溫度穩(wěn)定（控溫精度 ±1℃），且樣品標(biāo)距段溫度均勻性≤±2℃（避免局部溫度差異導(dǎo)致形變不均）；

載荷設(shè)置：根據(jù)測試標(biāo)準(zhǔn)或?qū)嶋H工況，設(shè)定 “恒定載荷"（如 100MPa，通過 “載荷 = 應(yīng)力 × 樣品橫截面積" 換算，橫截面積 =π× 直徑 2/4）。主流設(shè)備采用兩種加載方式：

砝碼加載：通過懸掛精準(zhǔn)砝碼提供絕對恒定的載荷（長期穩(wěn)定性最佳，偏差≤±0.1%），適合高精度、長時間測試；

伺服電機(jī) + 力值閉環(huán)：由高精度力值傳感器（精度 0.02 級）實時監(jiān)測載荷，動態(tài)調(diào)整電機(jī)輸出，確保載荷穩(wěn)定（偏差≤±0.5%），適合動態(tài)載荷或大載荷場景。

3. 加載與長期監(jiān)測：捕捉形變隨時間演變

啟動加載：先將加熱爐升溫至目標(biāo)溫度并保溫 30 分鐘（讓樣品溫度均勻），再緩慢施加載荷至設(shè)定值（避免沖擊載荷導(dǎo)致瞬時形變過大）；

形變監(jiān)測：加載完成后，設(shè)備進(jìn)入 “長期監(jiān)測模式"，數(shù)據(jù)采集卡按設(shè)定頻率（如 1 次 / 10 分鐘，長期測試可降低頻率以節(jié)省存儲）同步采集 “時間 - 形變 - 溫度" 數(shù)據(jù)：

瞬時形變：加載瞬間產(chǎn)生的彈性形變（曲線初始段陡峭上升）；

第一階段（primary 蠕變）：形變速率逐漸降低（曲線斜率減小），材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐漸適應(yīng)載荷；

第二階段（secondary 蠕變）：形變速率恒定（曲線呈線性），即 “穩(wěn)態(tài)蠕變速率"（核心評估指標(biāo)，直接反映材料長期形變趨勢）；

第三階段（tertiary 蠕變）：若載荷持續(xù)且樣品未斷裂，形變速率會急劇增加（曲線斜率驟升），樣品內(nèi)部出現(xiàn)裂紋，最終斷裂（記錄 “蠕變壽命"，即從加載到斷裂的總時間）。

4. 結(jié)果分析：量化蠕變特性

測試結(jié)束后（達(dá)到設(shè)定時長或樣品斷裂），軟件自動繪制 “形變 - 時間蠕變曲線"，并計算關(guān)鍵參數(shù)：

穩(wěn)態(tài)蠕變速率：第二階段線性段的斜率（單位：mm/mm?h，即每小時單位長度的形變量），如 1×10??/h（表示每小時樣品標(biāo)距段每毫米長度形變 1×10??mm）；

總形變：測試結(jié)束時樣品的總伸長量（如 25mm 標(biāo)距段最終伸長至 25.05mm，總形變 0.05mm）；

蠕變壽命（若斷裂）：從加載到樣品斷裂的總時間（如 5000 小時，可預(yù)測材料在該工況下的使用壽命）。

二、應(yīng)力松弛測試工作原理（恒定形變→監(jiān)測應(yīng)力）

應(yīng)力松弛測試針對 “材料在長期恒定形變下的應(yīng)力衰減規(guī)律"，核心是保持形變與溫度穩(wěn)定，持續(xù)監(jiān)測樣品內(nèi)部應(yīng)力隨時間變化，最終獲取 “應(yīng)力松弛曲線"（應(yīng)力 - 時間曲線）及關(guān)鍵參數(shù)（如剩余應(yīng)力、松弛速率）。以 “橡膠密封件的常溫應(yīng)力松弛測試"（模擬管道密封工況）為例，具體流程如下：

1. 樣品制備與安裝：聚焦形變均勻性

按標(biāo)準(zhǔn)（如 GB/T 1685-2022）制備樣品：通常為啞鈴型，標(biāo)距段長度 25mm±0.5mm，寬度 6mm±0.1mm，厚度 2mm±0.1mm（橡膠材料需在 23℃±2℃環(huán)境中放置 24 小時，消除加工內(nèi)應(yīng)力）；

將樣品安裝在常溫夾具中，標(biāo)距段安裝 “常溫引伸計"（分辨率 0.1μm），確保樣品夾持對齊（偏差≤0.1mm），避免局部形變集中。

2. 形變與溫度參數(shù)設(shè)置：模擬密封工況

溫度控制：測試環(huán)境溫度保持在 23℃±2℃（橡膠材料常規(guī)測試溫度），相對濕度 45%-65%，通過實驗室恒溫恒濕系統(tǒng)維持穩(wěn)定；

形變設(shè)置：根據(jù)密封件實際壓縮 / 拉伸形變需求，設(shè)定 “恒定形變量"（如 5%，即標(biāo)距段從 25mm 伸長至 26.25mm），由 “位移閉環(huán)控制系統(tǒng)"（光柵尺分辨率 0.1μm）精準(zhǔn)控制加載機(jī)構(gòu)移動，將樣品拉伸至設(shè)定形變后，鎖定位移（確保長期形變偏差≤±0.2μm）。

3. 形變鎖定與應(yīng)力監(jiān)測：捕捉應(yīng)力衰減趨勢

應(yīng)力初始值：樣品達(dá)到設(shè)定形變后，力值傳感器（精度 0.02 級）立即記錄初始應(yīng)力（如 10MPa，反映材料初始抵抗形變的能力）；

長期監(jiān)測：設(shè)備進(jìn)入 “應(yīng)力松弛監(jiān)測模式"，數(shù)據(jù)采集卡按設(shè)定頻率（如 1 次 / 5 分鐘，短期測試可提高頻率）采集 “時間 - 應(yīng)力 - 形變" 數(shù)據(jù)：

第一階段（快速松弛）：初始 1-24 小時內(nèi)，應(yīng)力快速衰減（曲線斜率大），原因是材料內(nèi)部分子鏈快速重排，釋放部分內(nèi)應(yīng)力；

第二階段（緩慢松弛）：24 小時后，應(yīng)力衰減速率顯著降低（曲線斜率平緩），分子鏈重排趨于穩(wěn)定，應(yīng)力逐漸趨近于 “剩余應(yīng)力"；

測試終止：達(dá)到設(shè)定時長（如 72 小時、168 小時）后停止測試，或應(yīng)力衰減至初始值的 10% 以下時終止（視為應(yīng)力松弛趨于穩(wěn)定）。

4. 結(jié)果分析：量化應(yīng)力保持能力

軟件自動繪制 “應(yīng)力 - 時間松弛曲線"，計算關(guān)鍵參數(shù)：

剩余應(yīng)力：測試結(jié)束時的殘留應(yīng)力（如 72 小時后剩余應(yīng)力 6MPa，反映材料長期保持應(yīng)力的能力，剩余應(yīng)力越高，密封性能越穩(wěn)定）；

松弛速率：單位時間內(nèi)的應(yīng)力衰減量（如前 24 小時平均松弛速率 0.17MPa/h，后期降至 0.02MPa/h），用于評估材料應(yīng)力衰減的快慢。

三、核心共性原理：長期穩(wěn)定性控制

無論是蠕變測試還是應(yīng)力松弛測試，“長期參數(shù)穩(wěn)定性" 是設(shè)備工作原理的核心難點與關(guān)鍵，需通過三大技術(shù)保障：

載荷 / 形變穩(wěn)定性：采用 “砝碼加載" 或 “高分辨率閉環(huán)控制"，確保數(shù)天至數(shù)千小時內(nèi)載荷 / 形變偏差≤±0.5%；

溫度穩(wěn)定性：通過 “高精度溫控系統(tǒng) + 均勻加熱結(jié)構(gòu)"，避免溫度波動對材料力學(xué)行為的干擾（溫度偏差 1℃可能導(dǎo)致蠕變速率偏差 5%-10%）；

數(shù)據(jù)可靠性：配備 “斷電能記憶"“數(shù)據(jù)自動備份" 功能，避免長時間測試中斷導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失；采用 “遠(yuǎn)程監(jiān)控" 功能，實時跟蹤測試狀態(tài)，及時處理異常。

綜上，應(yīng)力松弛蠕變試驗機(jī)的工作原理本質(zhì)是 “工況模擬 + 長期監(jiān)測 + 數(shù)據(jù)量化"—— 通過精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)材料實際使用中的載荷 / 形變 / 溫度條件，長期捕捉力學(xué)響應(yīng)隨時間的變化，最終為材料長期可靠性預(yù)測、結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。