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以求得牛顿粘滞系数战宾厄姆流体值的管式粘度

浏览数:  发表时间:2019-10-13  

  对材料进行蠕变尝试一般有对材料试件恒定的拉力,以研究材料的拉伸蠕变机能的拉伸法;正在特地的剪力仪中对材料恒定的剪力,研究材料的剪切蠕变机能;操纵三轴仪,对材料试件轴向应力和静水压力,研究材料的单向或三向压缩蠕变机能;操纵扭转流变仪,对材料试件恒定的扭力,研究材料的扭转蠕变机能;以及正在梁形试件上恒定的弯矩,研究材料挠度蠕变机能的弯曲法等。

  应力败坏尝试是将材料试件置于应力败坏试验仪上,使试件发生一恒定的变形,测定试件所受应力随时间的衰减,研究材料的流变机能,也能够计较材料败坏时间的频谱。这种试验也可正在弯曲流变仪、扭转流变仪、压缩流变仪长进行,此法合用于高材料和金属材料。

  颠末持久摸索,人们终究得知,一切材料都具有时间效应,于是呈现了流变学,并正在20世纪30年代后获得兴旺成长。1929年,美国正在宾厄姆传授的下,建立流变学会;1939年,荷兰皇家科学院成立了以伯格斯传授为首的流变学小组;1940年英国呈现了流变学家学会。其时,荷兰的工做处于领先地位,1948年国际流变学会议就是正在荷兰举行的。法国、日本、、奥地利、捷克斯洛伐克、意大利、比利时等国也先后成立了流变学会。

  力学模子的流变模子没有考虑材料的内部物理特征,如活动、位错活动、裂纹扩张等。当前对材料质量的要求越来越高,如高强度超韧性的金属、高强度耐高温的陶瓷、高强度聚合物等。对它们的研究就必需考虑材料的内部物理特征,因而成长了高温蠕变理论。这个理论通过考虑了固体晶体内部和晶粒颗粒鸿沟存正在的缺陷对材料流变机能的影响,表达出材料内部布局的物理,亦即材料的物理流变模子。

  流变学的成长同世界经济成长和工业化历程亲近相关。现代工业需要耐蠕变、耐高温的高质量金属、合金、陶瓷和高强度的聚合物等,因而同固体蠕变、粘弹性和蠕变断裂相关的流变学敏捷成长起来。核工业中核反映堆和粒子加快器的成长,为研究由辐射发生的变形打开新的范畴。

  研究的是正在外力感化下,物体的变形和流动的学科,研究对象次要是流体,还有软固体或者正在某些前提下固体能够流动而不是弹性形变,它合用于具有复杂布局的物质。“流变学”一词由拉法耶特学院的尤金·库克·宾汉传授按照他的同事马尔克斯·雷纳于1920岁首年月创。这个词从为赫拉克利特的名言Panta Rei,即“一切可流”(现实上来自辛普里丘著做)。

  正在土木匠程中,建建的地盘基的变形可延续数十年之久。地下地道完工数十年后,仍可呈现蠕变断裂。因而,土流变机能和岩石流变机能的研究日益遭到注沉。正在力、热、声、光、电范畴,有普遍的使用。

  它合用于具有复杂布局的物质,包罗泥浆污泥悬浮液聚合物、食物、体液和其他生物材料。这些物质的流动正在固定温度下不克不及用单一粘度值来表征——反而其他一些要素影响粘度的改变。例如,摇动番茄酱能够减小它的粘度,可是水却不可。自从艾萨克·牛顿提出粘度的概念,粘度可变的液体研究也被称做非牛顿流体力学。

  当感化正在材料上的剪应力小于某一数值时,材料仅发生弹性形变;而当剪应力大于该数值时,材料将发生部门或完全永世变形。则此数值就是这种材料的值。值标记着材料由完全弹性进入具有流动现象的边界值,所以又称弹性极限、极限或流动极限。统一材料可能会存正在几种分歧的值,好比蠕变极限、断裂极限等。正在对材料的研究中一般都是先研究材料的各类值。

  流变学丈量是察看高材料内部布局的窗口,通过高材料,诸如塑料、橡胶、树脂中分歧标准链的响应,能够表征高材料的量和量分布,能快速、简洁、无效地进行原材料、两头产物和最终产物的质量检测和质量节制。流变丈量正在高聚物的量、量分布、支化度取加工机能之间构架了一座桥梁,所以它供给了一种间接的联系,帮帮用户进行原料查验、加工工艺设想和预测产物机能。

  油漆玻璃混凝土,以及金属等工业材料;岩石、土、石油、矿物等地质材料;以及血液、肌肉骨骼等生物材料的性质过程中,发觉利用古典弹性理论、塑性理论和牛顿流体理论已不克不及申明这些材料的复杂特征,于是就发生了流变学的思惟。英国物理学家麦克斯韦和开尔文很早就认识到材料的变化取时间存正在慎密联系的时间效应。

  正在分歧物理前提下(如温度压力湿度辐射电等),以应力、应变和时间的物理变量来定量描述材料的形态的方程,叫做流变形态方程或本构方程。材料的流变特征一般可用两种方式来模仿,即力学模子和物理模子:

  跟着经济和工业化的成长,流变学将有广漠的成长范畴,并已逐渐渗入到很多学科而构成响应的分支,例如高材料流变学、断裂流变力学、土流变学、岩石流变学以及使用流变学等等。正在理论研究上,已超出平均持续介质的概念,起头摸索离散介质、非平均介质以及非相容弹性介质的流变特征。尝试道理和测试手艺的研究以及电子计较机的使用,将正在流变学的成长中显示主要的地位和阐扬庞大的感化。

  材料的流变机能次要表示正在蠕变和应力败坏两个方面。蠕变是指材料正在恒定载荷感化下,变形随时间而增大的过程。蠕变是由材料的和原子布局的从头调整惹起的,这一过程可用延畅时间来表征。当卸去载荷时,材料的变形部门地答复或完全地答复到起始形态,这就是布局从头调整的另一现象。

  蠕变和应力败坏是物质内部布局变化的外部。这种可不雅测的物质取决于材料(或原子)布局的统计特征。因而正在必然应力范畴内,单个(或原子)的虽会有改变,但材料布局的统计特征却可能不会变化。

  流变学从一起头就是做为一门尝试根本学科成长起来的,因而尝试是研究流变学的次要方式之一。它通过宏不雅试验,获得物理概念,成长新的宏不雅理论。例如操纵材料试件的拉压剪试验,根究应力、应变取时间的关系,研究纪律和材料的持久强度。通过微不雅尝试,领会材料的微不雅布局性质,如多晶体材料颗粒中的缺陷、颗粒鸿沟的性质,以及位错形态等根基性质,切磋材料流变的机制。

  麦克斯韦正在1869年发觉,材料能够是弹性的,又能够是粘性的。对于粘性材料,应力不克不及连结恒定,而是以某一速度减小到零,其速度取决于的起始应力值和材料的性质。这种现象称为应力败坏。很多学者还发觉,应力虽然不变,材料棒却可随时间继续变形,这种机能就是蠕变或流动。

  除蠕变和应力败坏这类静力试验外,还可前进履力试验,即对材料试件必然频谱范畴内的正弦振动感化,研究材料的动力效应。此法出格合用于高类线性粘弹性材料。通过这种试验能够求得两个物理量:因为材料发生形变而正在材料内部堆集起来的弹机能量;每一振动轮回的能量耗散。动力试验能够丈量能量耗散和频次的关系,通过这个纪律能够取蠕变试验比力阐发,成立模子。

  正在地球科学中,人们很早就晓得时间过程这一主要要素。流变学为研究地壳中极风趣的地球物理现象供给了物理-数学东西,如冰川期当前的上升、层状岩层的褶皱、制山感化、地动成因以及成矿感化等。对于地球内部过程,如岩浆勾当、地幔热对流等,现正在则可操纵高温、高压岩石流变试验来模仿,从而成长了地球动力学。

  对流体材料一般用粘度计进行试验。好比,通过计较正在流体中因自沉感化沉落的时间,据以计较牛顿粘畅系数的落球粘度计法;通过研究的流体正在管式粘度计中流动时,管内两头的压力差和流体的流量,以求得牛顿粘畅系数和宾厄姆流体值的管式粘度计法;操纵同轴的双层圆柱筒,使外筒发生必然速度的动弹,操纵仪器测定内筒的转角,以求得两筒间的流体的牛顿粘畅系数取转角的关系的转筒法等。

  流变学是力学的一个新分支,它次要研究物理材料应力应变辐射前提下取时间要素相关的变形和流动的纪律。

  正在简单环境(单轴压缩或拉伸,单剪或纯剪)下,应力应变特征可用力学流变模子描述。正在评价蠕变或应力败坏试验成果时,操纵力学流变模子有帮于领会材料的流变机能。这种模子已用了几十年,它们比力简单,可用来预测正在肆意应力汗青和温度变化下的材料变形。

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  材料正在恒定应变下,应力跟着时间的变化而减小至某个无限值,这一过程称为应力败坏。这是材料的布局从头调整的另一种现象。

  正在上述的各类试验工做中,还要研究并使用各类现代丈量道理和方式,大型电子计较机的呈现对流变学范畴的研究发生了深远的影响,如对于非线性材料的大应变、大位移的复杂课题已用无限元法或无限差分方式进行研究。



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