spanningsrelaxatie

Spanningsrelaxatie is het fenomeen waarbij de interne spanning in een visco-elastisch materiaal afneemt terwijl het materiaal onder een constante rek wordt gehouden. Het is een kernkenmerk van viscoelasticiteit en treedt op in materialen zoals polymeren en rubbers, maar ook in keramische verbindingen bij verhoogde temperatuur en in biologische weefsels.

Bij spanningsrelaxatie blijft de rek ε constant terwijl de spanning σ(t) afneemt. De relaxatie wordt vaak uitgedrukt in een relaxatiemodulus G(t) = σ(t)/ε0. In een eenvoudig Maxwell-model volgt de spanning een exponentiële afname σ(t) = σ0 exp(-t/τ), waarbij τ de relaxatietijd is. Complexere materialen vereisen meerdere componenten: σ(t) = Σ Ai exp(-t/τi). Een dergelijke Prony-serie levert een breed relaxatiespectrum en geeft een realistischer beeld van de tijdafhankelijke response.

Meetmethoden en modellering: spanningsrelaxatietests passen een staprek toe en volgen de spanningsafname, oftewel σ(t). Dynamische mechanische analyse (DMA) levert daarbij frequentieafhankelijke opslag- en verliesmodulus (respectievelijk G' en G''), en laat via tijd- en temperatuurtoepassingen langere tijdschalen toegankelijk maken.

Toepassingen: spanningsrelaxatie is cruciaal bij ontwerp en materiaalkeuze voor polymersystemen, lijmen, coatings en andere visco-elastische systemen die langdurig belast worden. Ook speelt het een rol in geofysica bij het begrijpen van gesteente- en bodemgedrag onder permanente belasting en in biomedische toepassingen waar weefsels lange tijd onder spanning staan.

Zie ook: viscoelasticiteit, creep, relaxatiespectrum, Maxwell-model, Kelvin-Voigt-model.