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聚合物流变学第二章

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高分子材料流变学第二章 1 4 第二章 基本物理量和高分子液体的基本流变性质 1. 引言 经典弹性理论。Hooke 定律记为: GE (2-1) 式中ε 、γ 分别为拉伸形变和剪切形变,E、G 分别称 Yang's 氏模量和剪切模量,它们是不依赖于时间、形变量的材料常数。 经典流体力学理论。New ton 粘性定律表述为 dtd00 (2-2) 式中 为剪切速率,0 为 New ton 粘度,是与时间和剪切速率 无关的材料常数。 实际高分子液体流动时,表现出比上述两种情形复杂得多的性质。 一是体系受外力作用后,既有粘性流动,又有高弹形变,体系兼有液、固双重性质。外力释去时,仅有弹性形变部分可以恢复,而粘性流动造成的永久形变不能恢复。 二是高分子液体流动中表现出的粘弹性,偏离由 Hooke 定律和 New ton粘性定律所描写的线性规律,模量和粘度均强烈地依赖于外力的作用速率,不是恒定的常数。 更重要的,应力与应变间的响应,不是瞬时响应,即粘性流动中的力学响应不唯一决定于形变速率的瞬时值,弹性形变中的力学响应也不唯一决定于形变量的瞬时值。由于高分子的力学松弛行为,以往历史上的应力(或应变)对现时状态的应变(或应力)仍产生影响,材料自身表现出对形变的“记忆”能力。 实际上,高分子液体流动时,其内部的应力状态十分复杂,既存在剪切应力,还存在法向应力,各个不同法向上的应力值不等。为此需要对这种复杂应力状态和我们不熟悉的大形变——有限形变的度量给出恰当定义和严格数学描述,由此才能正确描述高分子液体的非线性粘弹性质。 高分子材料流变学第二章 15 要定义的基本物理量有: 应力张量、偏应力张量; 形变张量、形变率张量、速度梯度张量; 基本流变学函数有: 剪切粘度,第一、二法向应力差函数,拉伸粘度等。 2. 基本物理量 2.1 应力与偏应力张量 物体在外力或外力矩作用下会产生流动或(和)形变,同时为了抵抗外力的作用(流动或形变),物体内部产生相应的应力。 应力通常定义为材料内部单位面积上的响应力,单位为 Pa(1Pa= 1N/m2)或 MPa (1MPa = 106 Pa)。 在平衡状态下,物体所受的外应力与内应力数值相等。 牵引力和应力张量 首先考察流动过程中物体内一点 p 点的应力。在物体内取一小封闭曲面 S,令 p 点位于曲面 S 外表面的面元S上(法线为 n,指向曲面 S 外部),考察封闭曲面 S 外的物质通过面元S对...

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