Fluage e rilassamento
Funzione di fluage
Supponiamo la nostra storia di carico sia costituita da una funzione a gradino
$$ \sigma_{x} (t) = \begin{cases} 0 & t < t_0\\\\ \sigma_{x,0} & t \ge t_0\\\\ \end{cases} $$
$$\sigma_{y} = \sigma_{z} = \tau_{xy} = \tau_{xz} = \tau_{yz} = 0$$
Definiamo coefficente di fluage il valore assunto dalla deformazione viscosa per $t \ge t_0$
$$ \varepsilon_{cc,x} (t) = \sigma_{x,0} \frac{\varphi(t,t_0)}{E_c} $$
in cui $E_c$ è il modulo di elasticità normale al tempo $t_0$. L'aver supposto una relazione lineare tra $\varepsilon_{cc,x} (t)$ e $\sigma_{x,0}$ è una diretta conseguenza dell'ipotesi viscoelastica lineare.
Sommando alla deformazione viscosa la deformazione elastica otteniamo
$$ \varepsilon_{x} (t) = \sigma_{x,0} \frac{1+\varphi(t,t_0)}{E_c(t_0)} $$
Chiamiamo la grandezza
$$J(t,t_0) = \frac{1+\varphi(t,t_0)}{E_c(t_0)}$$
funzione di fluage.
Nel caso invece di una generica storia tensionale
$$\sigma_x(t) = \begin{cases} 0 & t < t_0 \\\\ \sigma_{x,0} & t = t_0 \\\\ \sigma_{x,0} + \sigma_{x,1}(t)& t > t_0 \\\\ \end{cases}$$
in cui
$$\sigma_{x,1}(t_0) = 0$$
l'ipotesi viscoelastica lineare ci permette di scrivere
$$\varepsilon_x(t,t_0) = J(t,t_0) \sigma_{x,0} + \int \limits_{t_0}^{t} J(t,t_0) \frac{\mathrm{d} \sigma_{x,1}}{\mathrm{d} t} \, \mathrm{d}t$$
Funzione di rilassamento
Supponiamo di sottoporre un provino alla seguente storia di deformazione
$$ \varepsilon_{x} (t) = \begin{cases} 0 & t < t_0\\\\ \varepsilon_{x,0} & t \ge t_0\\\\ \end{cases} $$
Definiamo la funzione di rilassamento $R(t, t_0)$ in maniera tale che il corrispondente valore della tensione per $t \ge t_0$ sia espresso nella forma
$$ \sigma_{x} (t) = \varepsilon_{x,0} R(t,t_0) $$
Anche in questo caso l'aver supposto una relazione lineare tra $\sigma_{x} (t)$ e $\varepsilon_{x,0}$ è una diretta conseguenza dell'ipotesi viscoelastica lineare.
Nel caso di deformazioni imposte di tipo generico
$$\varepsilon_x(t) = \begin{cases} 0 & t < t_0 \\\\ \varepsilon_{x,0} & t = t_0 \\\\ \varepsilon_{x,0} + \varepsilon_{x,1}(t)& t > t_0 \\\\ \end{cases}$$
in cui
$$\varepsilon_{x,1}(t_0) = 0$$
l'ipotesi viscoelastica lineare ci permette di scrivere
$$\sigma_x(t,t_0) = R(t,t_0) \varepsilon_{x,0} + \int \limits_{t_0}^{t} R(t,t_0) \frac{\mathrm{d} \varepsilon_{x,1}}{\mathrm{d} t} \, \mathrm{d}t$$
Legame tra funzione di fluage e funzione di rilassamento
Supponendo nota la funzione di fluage $J(t,t_0)$, deriviamo da quest'ultima la funzione di rilassamento. Per farlo sottoponinamo il nostro provino alla seguente storia di deformazione
$$ \varepsilon_{x} (t) = \begin{cases} 0 & t < t_0\\\\ 1 & t \ge t_0\\\\ \end{cases} $$
Secondo quanto visto sopra
$$\varepsilon_x(t,t_0) = 1 = J(t,t_0) \, \sigma_{x} (t_0) + \int \limits_{t_0}^{t} J(t,t_0) \frac{\mathrm{d} \sigma_{x}}{\mathrm{d} t} \, \mathrm{d}t$$
La tensione $\sigma_{x}(t)$ è uguale alla funzione di rilassamento, quindi possiamo scrivere
$$1 = J(t,t_0) \, R(t_0,t_0) + \int \limits_{t_0}^{t} J(t,t_0) \frac{\partial R(t,t_0)}{\partial t} \, \mathrm{d}t$$
Integrando la numericamente tale relazione riusciamo a derivare la funzione di rilassamento $R(t, t_0)$.
Analogamente possiamo derivare la funzione di fluage nota la funzione di rilassamento. Questa volta sottoponiamo il nostro materiale alla storia tensionale
$$ \sigma_{x} (t) = \begin{cases} 0 & t < t_0\\\\ 1 & t \ge t_0\\\\ \end{cases} $$
La deformazione al tempo $t$ sarà pari alla funzione di fluage, allora possiamo scrivere la relazione
$$1 = R(t,t_0) J(t, t_0) + \int \limits_{t_0}^{t} R(t,t_0) \frac{\partial J(t,t_0)}{\partial t} \, \mathrm{d}t$$
che integrata numericamente ci permette di trovare la funzione $J(t,t_0)$ cercata.
Le due relazioni differenziali trovate sono chiamate integrali di Volterra.