高分子流变学基础 教学课件 作者 史铁钧 吴德峰 编Chapter 3 流变模型.ppt

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1、1高分子流变学基础第三章高分子流体的流变模型3.2广义牛顿流体3.3幂律流体模型3.4宾汉塑性流体模型3.5触变性流体3.6震凝型流体3.1牛顿流体模型3.7黏弹性流体2高分子流变学基础牛顿流体模型牛顿流体的稳态剪切流动线性黏性理论认为，要保持稳定的流动，所需剪切应力与剪切速率成正比，即牛顿定律：剪切黏度的一般表达式：注意：1.表达式适用于所有流体2.此式并非牛顿定律的表达式3高分子流变学基础牛顿流体模型牛顿流体模型牛顿流体的黏度随温度的上升而下降不随剪切速率的改变而改变；应力与应变速率间符合简单线性关系牛顿流体张量形式的本构关系简化为

2、一维形式单轴拉伸下拉伸黏度：称特鲁顿公式4高分子流变学基础牛顿流体模型1、变形的时间依赖性牛顿流体流动的一般特点：2、流体变形的不可回复性3、外力对流体所作的功在流动中转为热能散失4、应力与应变速率成正比，黏度与应变速率无关5高分子流变学基础广义牛顿流体广义牛顿流体黏度不再是常数，而与应变张量有关应变速率张量有三个不变量6高分子流变学基础广义牛顿流体1、幂律定律适用于剪切速率较大时包括剪切速率较低区域其中，k为粘度系数n称流动指数，是常数，不随温度变化ŋ为零切黏度ŋo也是温度的函数7高分子流变学基础广义牛顿流体2、卡洛模型更加准确的描述

3、聚合物流变曲线其中，λ为松弛时间n为一参数并且两者都不随剪切速率而改变8高分子流变学基础幂律流体模型n=1，牛顿流体n<1，假塑性流体n>1，胀塑性流体幂律流体符合幂律定律的流体9高分子流变学基础幂律流体模型10高分子流变学基础幂律流体模型高聚物的流动粘度η不是常数假塑性流体——剪切变稀剪切速率γ↑流动粘度η↓大多数的高聚物属此类膨胀性流体——剪切变稠剪切速率γ↑流动粘度η↑11高分子流变学基础幂律流体模型假塑性流体流动曲线可分为三个区域低剪切速率区：斜率为1的直线为第一牛顿区中等剪切速率区：剪切变稀为假塑性区高剪切速率区：斜率为1的直

4、线为第二牛顿区聚合物流体典型流动曲线分析12高分子流变学基础幂律流体模型第一牛顿区假塑区第二牛顿区第一牛顿区第二牛顿区假塑区无穷剪切速率黏度零切黏度表观粘度右图：从曲线上任一点引斜率为1的直线与的直线相交得：13高分子流变学基础幂律流体模型14高分子流变学基础幂律流体模型胀塑性流体15高分子流变学基础宾汉塑性流体模型宾汉流体屈服假塑性流体宾汉塑性流体屈服胀塑性流体广义宾汉流体n=1，线性的牛顿流动n<1，非线性的剪切变稀n>1，非线性的剪切增稠16高分子流变学基础宾汉塑性流体模型有屈服宾汉塑性流体屈服胀塑性流体屈服假塑性流体广义宾汉流体

5、的三类塑性流动当τ<τy时，只发生胡克弹性形变当τ>τy时，发生线性黏性流动，服从牛顿定律17高分子流变学基础宾汉塑性流体模型或黏度ŋP其塑性黏度18高分子流变学基础宾汉塑性流体模型小结19高分子流变学基础触变性流体20高分子流变学基础触变性流体触变性流体假塑性流体触变材料必然是具有时间依赖性的假塑性体，但假塑性材料不一定是触变体剪切速率上升曲线+下降曲线=滞后圈21高分子流变学基础触变性流体22高分子流变学基础触变性流体不同的触变流体在同样的剪切历史下滞后圈不同同一流体，在不同的剪切历史下滞后圈也不同23高分子流变学基础震凝性流体震凝

6、性触变性流动的不均匀性反触变流体同一概念24高分子流变学基础震凝性流体触变流体震凝流体25高分子流变学基础震凝性流体26高分子流变学基础黏弹性流体1、线性黏性流体——牛顿流体2、非线性黏性流体假塑性流体胀塑性流体广义宾汉流体3、黏弹性流体27高分子流变学基础弹性参数1、NormalStressDifferences法向应力差1.流动方向，法向应力txx2.与层流平面垂直方向，法向应力tyy3.与1、2垂直的方向，法向应力tzz28高分子流变学基础弹性参数29高分子流变学基础弹性参数NewtonianfluidPolymermelt30高

7、分子流变学基础弹性参数2、RecoverableShear可回复剪切SRSR越小，法向应力差越小，流体弹性越不明显；SR<<1时，可当作黏性流体处理31高分子流变学基础弹性参数3、WeissenbergNumber魏森贝格数WS4、DeborahNumber得博拉数De32高分子流变学基础黏弹性模型线性粘弹性理想粘性体理想弹性体理想粘性体服从牛顿定律理想弹性体服从虎克定律33高分子流变学基础黏弹性模型麦克斯韦模型修正后34高分子流变学基础高分子流体的黏弹行为静态黏弹行为1、蠕变：在较小的恒定外力作用下（拉伸、压缩等），材料的形变随时间逐

8、渐增大的现象。2、应力松弛：在恒定形变下，材料的应力随时间逐减衰减的现象。35高分子流变学基础高分子流体的黏弹行为蠕变36高分子流变学基础高分子流体的黏弹行为普弹形变由键角、键长、基团或链节运动引起的形变蠕