Надо Знать

добавить знаний



Реология



План:


Введение

Реология (от греч. ρέω - Теку и λογος - учение) ( рус. реологии , англ. rheology , нем. Rheologie f ) - наука о текучесть и деформацию сплошных сред (например, обычных вязких жидкостей и жидкостей аномальной вязкости, горных пород, суспензий, насосы и т.д.).

Термин "реология" ввел американский ученый Юджин Бингам, которому принадлежат важные исследования реологических жидкостей и дисперсных систем. Официально термин "реология" принят на 3-м симпозиуме по пластичности (1929, США), однако, отдельные положения реологии как науки были установлены задолго до этого.


1. Научные основы реологии

В основе реологии лежат основные законы гидромеханики и теории упругости и пластичности (в т.ч. закон Ньютона для вязкого трения в жидкостях, уравнения Навье-Стокса для движения несжимаемой вязкой жидкости, закон Гука о сопротивлении деформированию упругого тела и др.)..

Реология может рассматриваться как часть механики сплошных сред. Основная задача реологии - установить зависимость между механическими напряжениями, возникающими в теле, и вызванными ими деформациями и их изменениями во времени. По предположений об однородности и целостность материала решают краевые задачи деформирования и течения твердых и жидких тел. Основное внимание обращается на сложную реологическую поведение вещества (например, когда одновременно проявляются свойства вязкие и упругости или вязкости и пластичности и т.д.).

Реология охватывает круг вопросов, находящихся в промежутке между вопросами, которые рассматривает теория упругости идеально упругих тел и вопросами механики ньютоновских жидкостей и к которым относятся задачи, связанные с деформацией и потоками реальных материалов, встречающихся на практике - от расплавов металлов в сильно разреженных жидкостей - таких, как, например, пена. В следующей таблице показана связь между разделами классической механики и реологии жидкостей:

Механика сплошных сред : изучение поведения сплошных сред Механика деформируемого твердого тела : изучение поведения твердых тел в условиях нагрузок. Теория упругости : описывает материалы, восстанавливают свою форму после прекращения силового воздействия на них.
Механика разрушения : описывает закономерности зарождения и развития неоднородностей и дефектов структуры материала типа трещин, дислокаций, пор, включений и т.п. при статических и динамических нагрузках.
Теория пластичности: описывает материалы (тела) приобретаемых необратимой деформации после приложения к ним силовых воздействий. Реология: исследование материалов, характеризующихся одновременно свойствами твердых тел и жидкостей.
Механика жидкостей и газов : исследование поведения сплошных сред (жидкостей и газов), приобретающие форму сосуда, в которой они находятся. Неньютоновские жидкости
Ньютоновские жидкости

2. Реологические модели

Напряженно-деформированное состояние тела в общем случае является трехмерным и описать его свойства с использованием простых моделей нереально. Однако в тех редких случаях, когда деформирования одноосные, качественно поведение материала наглядно и просто можно смоделировать простейшими структурными элементами. Реологическими моделями пользуются также при изучении механических свойств полимеров, внутреннего трения в твердых телах и других свойств реальных тел.

При описании реологических поведения материалов пользуются механическими моделями, для которых записывают дифференциальные или интегральные уравнения, куда входят различные комбинации упругих, вязких и пластических характеристик. Основными являются три элемента:

Законы деформирования (связь между механическим напряжением σ и относительной деформацией ε записываются линейными уравнениями:

H: \ sigma = E \ epsilon - закон Гука;
N: \ sigma = \ eta \ dot {\ epsilon} - Закон Ньютона для внутреннего трения;
StV: \ sigma = \ sigma_T \, \ operatorname {sgn} \ dot {\ epsilon} = \ begin {cases} \ sigma_T, & \ dot {\ epsilon}> 0 \ \ - \ sigma_T, & \ dot {\ epsilon } <0 \ end {cases} - Модель предела текучести,

где E - модуль Юнга; η - динамическая вязкость; σ T - предел текучести.

  • Упругое тело Гука

  • Вяжущее тело Ньютона

  • Тело сухого трения Сен-Венана

Кроме того, соотношение между напряжением и деформацией можно брать нелинейными.

Из трех основных элементов можно создавать комбинации с их последовательным и параллельным соединением. При последовательном соединении двух элементов σ = σ 1 = σ 2, ε = ε 1 + ε 2. Для параллельного соединения σ = σ 1 + σ 2, ε = ε 1 = ε 2.

В самых известных моделей следует отнести следующие:

  • модель Кельвина-Фойгта - модель твердого тела, напряжение в котором зависят от скорости деформирования;
  • модель Максвелла - модель твердого тела со свойствами текучести при произвольном постоянной нагрузке;
  • модель Зинера (модель стандартного линейного тела) - реологическая модель линейного вязкоупругого тела, состоящий из двух упругих элементов и вязкого элемента обобщает характеристики моделей Кельвина-Фойгта и Максвелла;
  • модель Прандтля - модель твердого тела с упругими свойствами до определенного предела нагрузки, превышение которой приводит к неограниченной мгновенной деформации;
  • модель Бингама - модель материала свойства текучести которого проявляются после достижения определенного предела нагрузки а сопротивление деформированию зависит от скорости деформации.
  • Модель Кельвина-Фойгта

  • Модель Максвелла

  • Модель Прандтля

  • Модель Бингама

Перечисленные классические модели отражают свойства материалов только в определенном приближении, для полного охвата свойств строят модели значительно более сложной структуры.


3. Прикладное значение

С проблемами реологии приходится сталкиваться при разработке технологий различных производственных процессов, при проектных работах и ​​конструкторских расчетах для учета поведения различных материалов (особенно при высоких температурах): полимеров, композиционных материалов, бетонов, силикатов, пищевых продуктов и др..

Методы реологии стали применяться для целей оперативного управления технологическими процессами. При этом осуществляется непрерывное или периодическое определение одной или нескольких реологических свойств сырья и (или) продукта по заданной программе и с использованием обратной связи проводится корректировка до заданных пределов параметров сырья, процесса или дозировку входящих ингредиентов.

Методы реологии используют в металлургическом и полимерном производстве, горном деле, при гидравлическом транспортировании и др.. отраслях.


3.1. Реология в горном деле

В горном деле используется для исследования поведения горных пород при длительных нагрузках, в обогащении полезных ископаемых - для описания закономерностей процессов, происходящих в аппаратах для мокрого обогащения сырья и обработки суспензий. Учет реологических явлений в горных породах имеет особое значение при разработке угольных месторождений на больших глубинах, так угля часто залегает в относительно слабых осадочных породах, подверженных пластических деформаций.

См.. также ползучесть горных пород, крик, пучения горных пород, прочность горных пород.


4. Экспериментальная реология

Экспериментальная реология (реометрии) определяет реологические свойства веществ с помощью специальных приборов и испытательных машин. Микрореология исследует деформации и течение в микрообъемах, например в объемах, соизмеримых с размерами частиц дисперсной фазы в дисперсных системах или с размерами атомов и молекул. Биореология изучает течение различных биологических жидкостей (например, крови), деформации различных тканей (мышц, костей, кровеносных сосудов) организма. Изучение взаимодействия потоков с электрическим и магнитным полями, которые могут влиять на потоки как активно, так и опосредованно путем изменения реологических свойств веществ, составляет предмет електрореологии и магнитореологии.


См.. также

Литература


код для вставки
Данный текст может содержать ошибки.

скачать

© Надо Знать
написать нам