《粘彈性和滯彈性》PPT課件.ppt

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1、2.5滯彈性流變學(xué)研究物體的流動和變形科學(xué)，綜合研究物體的彈性形變、塑形形變和粘性流動。例如：水泥砂漿和新拌混凝土粘性、塑性、彈性的演變和硬化混凝土的徐變；金屬材料高溫徐變、應(yīng)力松弛；高溫玻璃液特性；高聚合物加工成形等都涉及到流動和變形。1.流變學(xué)基礎(chǔ)流變特性：物體在某一瞬間所表現(xiàn)的應(yīng)力與應(yīng)變的定量關(guān)系。即用一些參數(shù)把應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系表示為流變方程式。流變模型的作用：用某些理想元件組成的模型，近似而定性的模擬某些真實物體的力學(xué)結(jié)構(gòu)，并以作用力和變形關(guān)系導(dǎo)出物體流變方程。虎克固體模型：一個完全彈性的彈簧，應(yīng)力和應(yīng)變服從虎克定律。??

2、G?G---剪切模量或??E?牛頓液體模型：一個帶孔活塞在裝滿粘性液體的圓柱形容器內(nèi)運動。液體服從牛頓液體定律。????或??E??---速度梯度，相當(dāng)于形變；?---粘度（粘性系數(shù)）圣維南塑性固體模型：一個靜置桌面上的重物，與桌面間存在摩擦力，當(dāng)作用力稍大于靜摩擦力時，重物即以勻速移動（應(yīng)力不超過某一限定值以前，物體為剛性，一旦超過限定值，則會迅速流動變形）。?=?t?t---屈服應(yīng)力（1）基本模型虎克型牛頓型圣維南型流動曲線摩擦力F彈簧PPP帶孔活塞粘性液體P???dv/dy?t?變形將基本模型元件串聯(lián)或并聯(lián)起來，進(jìn)行各種串并

3、聯(lián)組合，模擬各種物體的力學(xué)結(jié)構(gòu)。常用的組合模型如下：（2）組合模型賓漢體馬克斯韋爾液體（液態(tài)粘彈性物體）開爾文固體（固態(tài)粘彈性物體）賓漢體流變方程：?－?t??dv/dy或?－?t???硅藻土、瓷土、石墨、油漆、水泥等的懸膠具有賓漢體的流變特性。在承受較小外力時物體產(chǎn)生彈性形變，當(dāng)外力超過屈服應(yīng)力?t時，按牛頓液體的規(guī)律產(chǎn)生粘性流動。實際泥料的流變特性不完全符合這種簡單的組合，出現(xiàn)偏差。如實際泥料沒有明顯的流動極限，即從彈性體過渡到粘性體是連續(xù)的------準(zhǔn)塑性體。偏差使流動曲線變形，用下式修正。?n??dv/dyn>1時粘度隨

4、應(yīng)力增大而減小------結(jié)構(gòu)粘性體；n<1時粘度隨應(yīng)力增大而增大------觸綢性。B馬克斯韋爾液體（液態(tài)粘彈性物體）內(nèi)部結(jié)構(gòu)由彈性和粘性兩種成分組成的聚集體。其中彈性成分不成為骨架而埋在連續(xù)粘性成分中，在恒定應(yīng)變下，儲存于彈性體中的勢能會隨時間逐漸消失于粘性體中，表現(xiàn)為應(yīng)力弛豫現(xiàn)象。流變方程：???/G??/?C開爾文固體（固態(tài)粘彈性物體）：內(nèi)部結(jié)構(gòu)由堅硬骨架及填充于空隙的粘性液體所組成。如：水泥混凝土。流變方程：??G?????（1）標(biāo)準(zhǔn)線性固體（曾納模型）t??o?o?總?t?0122.滯彈性根據(jù)此模型有以下關(guān)系：???2

5、=?1+?3?3=??3?=?1+?2?1=E1?1?1=?3?2=E2?2消去各元件的應(yīng)力和應(yīng)變，得（?/E1)(E1+E2)/E2?+?=(?/E1)/E2?+?/E2設(shè)：??=?/E1，??=??(E1+E2)/E2=?(E1+E2)/E2E1則有E2(???+?)=???+?定義：??------恒定應(yīng)變下的應(yīng)力弛豫時間；??------恒定應(yīng)力下的應(yīng)變?nèi)渥儠r間。蠕變或徐變：固體材料在恒定荷載下，變形隨時間延續(xù)而緩慢增加的不平衡過程，或材料受力后內(nèi)部原子由不平衡到平衡的過程。當(dāng)外力除去后，徐變變形不能立即消失。例如：瀝青、

6、水泥混凝土、玻璃和各種金屬等在持續(xù)外力作用下，除初始彈性變形外，都會出現(xiàn)不同程度的隨時間延續(xù)而發(fā)展的緩慢變形（徐變）。應(yīng)力弛豫或應(yīng)力松弛：在持續(xù)外力作用下，發(fā)生變形著的物體，在總的變形值保持不變的情況下，由于徐變變形漸增，彈性變形相應(yīng)的減小，由此使物體的內(nèi)部應(yīng)力隨時間延續(xù)而逐漸減少?；蛞粋€體系因外界原因引起的不平衡狀態(tài)逐漸轉(zhuǎn)變到平衡狀態(tài)的過程。（2）應(yīng)力松弛與應(yīng)變松弛松弛過程有以下機(jī)理：原子的振動、彈性變形波、熱消散、間隙原子的擴(kuò)散、晶界的移動等。從熱力學(xué)觀點分析應(yīng)力弛豫：物體受外力作用而產(chǎn)生一定的變形；如果變形保持不變，則儲存在

7、物體中的彈性勢能將逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?；從勢能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿倪^程，即能量消耗的過程------應(yīng)力松弛現(xiàn)象。（3）彈性應(yīng)變材料中的幾種松弛過程應(yīng)變?nèi)渥儠r間：?a=?總－?0?=?0+(?總－?0)[1－exp(-t/??)]=?總－（?總－?0）exp(-t/??)當(dāng)t=??有???=?總－（?總－?0）/e此式說明：在恒定應(yīng)力作用下，其形變量達(dá)到???時，所需時間為應(yīng)變?nèi)渥儠r間。?t?0??o?o?總t（4）應(yīng)變?nèi)渥儠r間與應(yīng)力弛豫時間滯彈性應(yīng)變：(?總－?0)[1－exp(-t/??)]應(yīng)力弛豫時間：在恒定變形下，應(yīng)力隨時間按指數(shù)關(guān)系逐

8、漸消失。???0exp(-t/??)當(dāng)t=??時????0/e弛豫時間：是應(yīng)力從原始值松弛到?0/e所需的時間。應(yīng)力弛豫時間的含義：表達(dá)了一種材料在恒定變形下，勢能消失時間的長短，是材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)性質(zhì)的重要指標(biāo)，對于材料變形性質(zhì)有決定性的影響。松弛時