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流变学的研究对象

收录:2009-1-27  作者:王振东  来源:网络搜集  点击:1725
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固体表现出流动的性质,除了外力作用时间的因素外,还有温度的因素。当温度不断升高时,大部分物体都会要流变,表现出流体的性质。

金属由应力引起的应变随时间变化的流动现象,称为蠕变。通常,升高温度或增加应力会使蠕变加快并缩短达到断裂的时间。金属材料在恒拉应力作用下,经过一定的时间以后发生断裂的现象,称作蠕变断裂。在土木工程中,土地基的流变可延续数十年之久。地下隧道竣工数十年之后,仍可出现蠕变断裂。固体材料的蠕变是流变学研究的重要课题。

现代工业需要耐高温、耐蠕变的高质量的金属、合金、陶瓷和高强度的聚合物,因此与固体蠕变断裂有关的流变学分支会迅速发展起来。核工业中核反应堆和粒子加速器的发展,也为研究幅射产生的流变打开了新的领域。

在地球科学中,人们很早就知道时间过程这一重要因素。当观察地质断面时,可以看到岩石有皱纹的褶曲结构,这是岩石在流动的证据。在几亿年的地质年代里,岩层受着横向的力而流变成褶曲形状。在江西庐山芦林桥附近,有一处“第四纪冰川遗迹”己立碑成为向旅游者展示岩石也在流动的景点。有人曾测量计算过冰川的黏性,大约是混凝土的100万倍;而混凝土的黏性,大约是水的100亿倍。可见无冰川是多么“黏”,多么难于流动,然而经过几千年、几万年,终究还是在慢慢地向下流动着。流变学为研究上地壳中有趣的地球物理现象(如冰川期以后的上升、层状岩层的与褶皱、造山作用、地震成因以及成矿作用等)提供了物理-数学工具。对于地球内部的过程,如岩浆活动、地幔热对流等,也可利用高温、高压岩石流变试验来模拟,从而推动了地球动力学的研究。

图2自然界中整个地质年代里的蠕变,岩右的流动尚在继续中

图3庐山第四纪冰川遗迹

非牛顿流体—流变学的研究对象之二

非牛顿流体是指不满足牛顿黏性实验定律的流体,即其剪应力与剪切应变率之间不是线性关系的流体。非牛顿流体广泛存在于生活、生产和大自然之中。

早在人类出现之前,非牛顿流体就己存在,因为绝大多数生物流体都属于现在所定义的非牛顿流体。人身上血液、淋巴液、囊液等多种体液,以及像细胞质那样的“半流体”都属于非牛顿流体。

近几十年以来,促使非牛顿流体研究迅速发展的主要动力之一,是聚合物工业的发展。聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯酰、尼龙6、PVS、赛璐珞、涤纶、橡胶溶液、各种工程塑料、化纤的熔体、溶液等,都是非牛顿流体。

石油、泥浆、水煤浆、陶瓷浆、纸浆、磁浆、油漆、油墨、牙膏、泡沫、液晶、泥石流、地幔、家蚕丝再生溶液、钻井用的洗井液和完井液、感光材料的涂液、高含沙水流等都是非牛顿流体。

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