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1、流变学入门知识本讲稿第一页，共十六页1.流变学是什么？流变学是什么？2.流变可以做什么流变可以做什么?3.流变的本质是什么？流变的本质是什么？4.流变学的研究内容和方法流变学的研究内容和方法5.流变学的实验方法流变学的实验方法6.流变学应用范围流变学应用范围本讲稿第二页，共十六页1.流变学是什么？流变学是研究材料流变学是研究材料变形与流动变形与流动的科学，的科学，在热塑性材料，热固性树脂，高级复合材在热塑性材料，热固性树脂，高级复合材料，涂料，油漆以及粘接剂等领域有着重料，涂料，油漆以及粘接剂等领域有着重要的作用。要的作用。本讲稿第三页，共十六页2.流变可以做什么?流变学测量是观察材料内部结构
2、的窗口，材料流变学测量是观察材料内部结构的窗口，材料的流变性能可以与它们的加工性能和产品最终性能的流变性能可以与它们的加工性能和产品最终性能有效地联系起来，从而为表征材料结构、开发优异有效地联系起来，从而为表征材料结构、开发优异性能的产品提供有力的帮助。我们以高分子材料为性能的产品提供有力的帮助。我们以高分子材料为例，来说明一下。通过流变测量，可以表征高分子例，来说明一下。通过流变测量，可以表征高分子材料的分子量和分子量分布，快速、简便、有效地材料的分子量和分子量分布，快速、简便、有效地进行原材料、中间产品和最终产品的质量检测和质进行原材料、中间产品和最终产品的质量检测和质量控制。量控制。因此
3、可以说，流变测量在高聚物的分子量、分子量因此可以说，流变测量在高聚物的分子量、分子量分布、支化度与加工性能之间构架了一座桥梁，它提分布、支化度与加工性能之间构架了一座桥梁，它提供了一种直接的联系，帮助用户进行原料检验、加工供了一种直接的联系，帮助用户进行原料检验、加工工艺设计和预测产品性能。工艺设计和预测产品性能。本讲稿第四页，共十六页本讲稿第五页，共十六页a.通过对材料流变性能的深入了解，通过对材料流变性能的深入了解，或者对材料微观结构也的透彻研究，或者对材料微观结构也的透彻研究，控制这些材料的性能。控制这些材料的性能。b.通过材料的流变测试，对制品的配通过材料的流变测试，对制品的配方开发、
4、工艺参数优化、最终性能以方开发、工艺参数优化、最终性能以及问题解决给予指导性的帮助。及问题解决给予指导性的帮助。3.流变的本质是什么？本讲稿第六页，共十六页4.流变学研究内容 流变学研究内容是各种材料的蠕变和应力松弛的现象、屈服值以及材料的流变模型和本构方程。本讲稿第七页，共十六页5.流变学的研究方法流变学的研究方法1.它通过宏观试验，获得物理概念，发展新的宏观理论。例如利用材料试件的拉压剪试验，探求应力、应变与时间的关系，研究屈服规律和材料的长期强度。2.通过微观实验，了解材料的微观结构性质，如多晶体材料颗粒中的缺陷、颗粒边界的性质，以及位错状态等基本性质，探讨材料流变的机制。流变学从一开始
5、就是作为一门实验基础学流变学从一开始就是作为一门实验基础学科发展起来的，因此科发展起来的，因此实验实验是研究流变学的主要方法是研究流变学的主要方法之一之一 本讲稿第八页，共十六页6.实验方法实验方法 对弹性和粘弹性材料的实验方法分为蠕变试验、应力松弛试验和动力试验三种：1.蠕变实验：蠕变实验：对材料进行蠕变实验一般有对材料试件施加恒定的拉力，对材料进行蠕变实验一般有对材料试件施加恒定的拉力，以研究材料的拉伸蠕变性能的拉伸法；在专门的剪力仪中对以研究材料的拉伸蠕变性能的拉伸法；在专门的剪力仪中对材料施加恒定的剪力，研究材料的剪切蠕变性能；利用三轴材料施加恒定的剪力，研究材料的剪切蠕变性能；利用三
6、轴仪，对材料试件施加轴向应力和静水压力，研究材料的单向仪，对材料试件施加轴向应力和静水压力，研究材料的单向或三向压缩蠕变性能；利用扭转流变仪，对材料试件施加恒或三向压缩蠕变性能；利用扭转流变仪，对材料试件施加恒定的扭力，研究材料的扭转蠕变性能；以及在梁形试件上施定的扭力，研究材料的扭转蠕变性能；以及在梁形试件上施加恒定的弯矩，研究材料挠度蠕变性能的弯曲法等。加恒定的弯矩，研究材料挠度蠕变性能的弯曲法等。本讲稿第九页，共十六页2.应力松弛实验应力松弛实验应力松弛实验是将材料试件置于应力松弛试验仪上，使试件产生一恒定的变形，测定试件所受应力随时间的衰减，研究材料的流变性能，也可以计算材料松弛时间的
7、频谱。这种试验也可在弯曲流变仪、扭转流变仪、压缩流变仪上进行，此法适用于高分子材料和金属材料。本讲稿第十页，共十六页3.动力试验动力试验除蠕变和应力松弛这类静力试验外，还可进行动力试验，即对材料试件施加一定频谱范围内的正弦振动作用，研究材料的动力效应。此法特别适用于高分子类线性粘弹性材料。通过这种试验可以求得两个物理量：由于材料发生形变而在材料内部积累起来的弹性能量；每一振动循环的能量耗散。动力试验可以测量能量耗散和频率的关系，通过这个规律可以与蠕变试验比较分析，建立模型。本讲稿第十一页，共十六页7.材料的变形方式 流变学是研究材料变形与流动的科学，流变学是研究材料变形与流动的科学，那么材料形
8、变的方式有哪些呢？那么材料形变的方式有哪些呢？本讲稿第十二页，共十六页8.涉及的名词应力：在某一方向上,单位面积上的内力 多少应变：在对应于应力方向上,物体变形的相对幅度多大剪切速率：单位时间尺度上的剪切应变 多快模量：模量表述了材料抵抗弹性变形的能力 多硬或多软本讲稿第十三页，共十六页9.流变学的应用范围 流变学应用在工程、地球物理、生理学和药剂学。在工程领域，流变学对聚合材料的生产和使用产生影响，可是塑性力学理论对于金属成型过程已经同样重要。许多重要的工业材料，比如混凝土、油漆和巧克力具有复杂的流动特性。地球物理包括岩浆的流动，还有在长时间范围内表现出粘性行为的固态地球材料的流动，比如花岗
9、岩，就是流变体。在生理学中，许多体液具有复杂的组成成份，并因此具有复杂的流动特性。特别是关于血液流动的专门研究被称为血液动力学。生物流变学这一术语用在研究更广泛领域的生物流体的流动。食品流变学对于食品的生产和加工置关重要。本讲稿第十四页，共十六页 随着经济和工业化的发展，流变学随着经济和工业化的发展，流变学将有广阔的发展领域，并已逐步渗透到许将有广阔的发展领域，并已逐步渗透到许多学科而形成相应的分支。在理论研究上，多学科而形成相应的分支。在理论研究上，已超出均匀连续介质的概念，开始探索离已超出均匀连续介质的概念，开始探索离散介质、非均匀介质以及非相容弹性介质散介质、非均匀介质以及非相容弹性介质的流变特性。实验原理和测试技术的研究的流变特性。实验原理和测试技术的研究以及电子计算机的应用，将在流变学的发以及电子计算机的应用，将在流变学的发展中显示重要的地位和发挥巨大的作用。展中显示重要的地位和发挥巨大的作用。本讲稿第十五页，共十六页本讲稿第十六页，共十六页