Deformació per fluencia llenta

La deformació per fluencia llenta (en anglés, creep 'reptar, arrastrar-se, esgolar-se despacio') es deu a l'increment de deformació que sofrix un material viscoelástico quan està somés a una tensió mecànica constant σ₀.

Introducció

La tensió constant s'aplica des de l'instant t = 0, provocant deformacions llentes o retardadas ε₀ encara que dita tensió estiga per baix de la tensió de fluencia o de fallo. Este fenomen es presenta en materials viscoelásticos, com els polímeros, i resulta de molta importància en el formigó pretensado.

La deformació per fluencia viscosa o llenta és més severa en materials que estan somesos a calor durant llarcs periodos, i generalment incrementa segons s'acosta al punt de fusió. Si s'apliquen a un material metàlic càrregues menudes,dins del ranc elàstic, a altes temperatures i durant un temps prolongat, s'observarà que la deformació no desapareix completament en retirar la càrrega. Persistix una chicoteta deformació que no és conseqüència d'un allargament dels grans, sino d'un llauger desplaçament d'alguns grans respecte d'uns atres. A este fenomen li'l denomina "fluencia viscosa" o en anglés "creep".

La velocitat de deformació és funció de les propietats dels materials, temps de solicitación, temperatura i càrrega aplicada. Depenent de la magnitut de la tensió aplicada i la seua duració, la deformació pot tornar-se tan gran que el component ya no pot eixercitar la seua funció — per eixemple, la fluencia llenta d'un álabe d'una turbina farà que toque la carcassa, resultant en el fallo de la mateixa.Esta fluencia és típicament un factor de disseny crític per a ingeniers en evaluar components que operen baix grans solicitaciones o altes temperatures. No obstant esta fluencia pot ser o no un mecanisme de fallo estructural. Per eixemple, la fluencia viscosa (o llenta) moderada del formigó a voltes és beneficiosa en lliberar tensions que podrien, d'una atra manera provocar trencaments.

Els rancs de temperatura a on ocorre esta fluencia diferix segons el material. Per eixemple, el tungsteno requerix mils de graus ans que puga ocórrer el seu fluencia llenta, mentres que el gèl pot fluir a temperatures propenques a 0 °C (32 °F) sent les llengües glaciars eixemples de fluencia llenta del gèl. Com a regla general, els efectes es tornen apreciables entorn al 30% de la temperatura de fusió (mida en una escala de temperatura absoluta com la Kelvin o Rankine) per a metals, i 40–50% de la temperatura de fusió per a ceràmiques. Essencialment qualsevol material fluirà viscosamente acostant-nos a la seua temperatura de fusió. Materials de baixa temperatura de fusió com alguns metals en esta propietat, incloent algunes soldadures (estany) poden fluir llentament a temperatura ambiente. Este efecte és apreciable en les antigues canonades d'aigua calenta de plom, veent cóm estes es comban entre respals despuix del pas dels anys (de l'orde de 50-70 anys).

Un atre cas interessant a on pot produir-se fallo per este mecanisme és en els filaments de les peres.

Funció de fluencia llenta

En un material viscoelástico llineal general la relació entre tensions i deformacions pot escriure's com a equació integral en la forma:

A on la funció $K(\cdot )$ és l'anomenada funció de fluencia llenta, integrant per parts es pot escriure alternativament l'equació anterior com:

Esta última equació permet calcular com a deformació per fluencia llenta, suponent que:

per a tot t > 0 es té que:

Per lo que l'anomenada funció de fluencia llenta caracterisa quant és la deformació adicional d'un material viscoelástico somés a tensió constant.

Referències

• Ashby, M. F., & Jones, D. R. H. (1980). Engineering materials 1: An introduction to their properties and applications. Oxford: Pergamon Press.
• Dieter, G. E. (1988). Mechanical Metallurgy (3rd ed.). McGraw-Hill.
• Shigley, J. E., & Mischke, C. R. (1989). Mechanical Engineering Design (5th ed.). McGraw-Hill.

• Norton, F. H. (2012). Elements of creep deformation. Courier Corporation.
• Witten, T. A. (1983). Creep and creep rupture in metallic materials. Elsevier.