粘弹塑-触变性概述.doc

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1、粘弹塑性触变性模型综述摘要本文回顾了触变性模型建模过程，特别是针对描述弹性屈服材料的模型。被用来模拟这种材料的不同方面的力学特征的多种方法进行了详细的比较和讨论。对不同的应力方程的优缺点进行了评价。触变现象是个动态过程，流变曲线上的每个点都代表一个平衡点，并且强调将流变曲线上的数据点作为模型输入数据的重要性。分析含有结构参数的不同形式的演化方程，选择恰当的方式可以对触变现象有一个较真实的描述。1粘弹塑性触变性模型的一般特征目前，对于粘弹塑性触变性模型的建模已经达到了相对成熟的阶段，本文将会提到一些重要的研究小组的研究成果，尽管，达到预测复杂运动条件下材料行为特

2、征的目标还有很长一段距离，至少，在粘度测量方面已经取得了一定成果，所以一个全面的概述是很有必要的。与Mewis[1],Barnes[2],Mujumdaretal.[3],andMewisandWagner[4]的触变性研究相反的是，目前的研究主要集中在粘弹塑性材料的触变性反应上，因此，我们特意引述相关文献并且分析了能够用来描述弹-塑性的触变性模型的方法。不同的模型可被大致分为两类，1类，以一个粘塑性应力方程为主，可以描述弹性和触变性，以Houska模型为例；。2类，以粘弹性应力方程为主，可以描述塑性和触变性。对有屈服应力的材料，类型2中的模型的塑性是通过在高

3、结构水平下一个粘度方程来表述的。对有明显屈服应力的流体来说，粘度方程有一个在低剪切速率时的高粘度区域。一个新的可用于描述真正的屈服应力材料和明显的剪切流体材料的类型2模型被大力推荐。描述触变性行为的最常用的方法是引入一个结构参数，称之为，代表了材料微观结构的组织层次。下一步通常是建立结构参数和材料其他物性的关系，例如粘度和弹性模量（或者屈服应力）。触变性模型的通用特征是通过引入一个结构参数的演化方程来描述材料的依时性特点，这类方程统称为动力学方程，代表着结构的恢复和破坏，当微观结构的破坏速率和建立速率达到平衡时就达到了一个稳定状态。2类型1模型宾汉姆模型在粘塑

4、性方面有很大影响。因此，现有的触变性模型中一大部分是属于类型1，都是基于宾汉姆模型而来，加入了一些其他影响因素。宾汉姆模型是由经典牛顿流体本构方程中关于剪切应力的介绍而得到。剪切应力是一个固体力学方程中的量，当受到的剪应力小于屈服应力时，材料表现出固相特征，当受到的剪应力大于屈服应力时，材料表现出液相特征。在宾汉姆模型中，总的应力中包含了液像性和固像性的贡献的应力。因此，考虑到机械模拟过程，我们可以断言，这两部分的贡献是平行不相关的，这个理论一个重要的结果是，当剪切速率为零的时候粘度趋于无穷大。牛顿流体的贡献可能被一个剪切速率的非线性方程替换，如果这被完成，我

5、们将会得到一个保持其基本特性的修改过的宾汉姆模型。例如，如果假设一个依赖于应变率的幂率方程，然后就得到了herschel-bulkley模型。H-B模型或许是这种结构关系最典型的代表，也是最常用的一种。固体机械方面常常假设，低于屈服应力时，材料表现出弹性行为，在流体力学中模拟粘塑性材料的时候这一点经常被忽视。所以，一大批流体力学方面的学者提议在宾汉姆模型中加入弹性表示件。在粘塑性模型中引入弹性的模型是Oldroyd提出的，用一个采用胡克固体的表达式替换固相贡献，低于屈服应力时的行为，因此，引入弹性模量G（另一个固体力学中的传统量）。这样，最终的本构方程为第二个

6、弹性表达式在应力与应变之间建立了一个等价关系，后者在屈服点的变形式为类型1的触变性模型沿用Oldroyd的大意在应力方程中引入了弹性应力，在这些模型中，方程组1对应力的表述一般用下一表达式表示方程中，为结构弹性模量，为结构粘度，为弹性应变，也就是总应变中可恢复的部分。例如3.6的有代表性的粘弹塑性触变性模型都是由Oldroyd的上述方法。这类模型有四个组成部分，（1）应力方程（2）材料物性和结构参数间的关系，（3）结构参数的演化方程，（4）弹性应变的演化方程。前三个部分也在类型2模型（将在后文中讨论）中出现，而第四个组分应该特别注意，因为他在类型2模型预测的机

7、械行为中占主导作用。对关于弹性应变极限的演化方程的推理过程没有详细讨论，这不同于能找到的其他模型部分的物理推理过程。例如，这个结构参数的演化方程描述了微观结构的形成于破坏共同作用过程。从这个观点得到特征指导建立一个新的触变模型。建立一个关于结构参数的演化方程的过程将会减少决定触变时间的长短，哪些参数应该在结构建立的过程中出现，哪些物理量描述材料微观结构破坏，这些将会在下文中出现。弹性极限应变的演化方程没有相同的部分，在下文中有强调。2.1用机械模拟的观点对类型1模型验证从机械模拟观点分析类型1模型是非常有趣的。应该值得注意的是，每一个模型的机械模拟的存在是满足

8、牛顿第二定律的需要。公式2的两个添加条