ВЯЗКОУПРУ́ГОСТЬ
-
Рубрика: Физика
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
Книжная версия:
Электронная версия:
ВЯЗКОУПРУ́ГОСТЬ в механике твёрдого деформируемого тела, один из видов поведения материала под нагрузкой, при котором одновременно проявляются свойства, характерные как для упругого тела, так и для вязкой жидкости. Для упругого тела механич. напряжение σ пропорционально деформации (относительному удлинению) ε: σ=Eε, где E – модуль упругости (закон Гука). Для вязкой жидкости напряжение пропорционально скорости деформирования ˙ε=dεdtσ=η˙ε, где η – коэф. динамич. вязкости (соотношение Ньютона). Деформирование вязкоупругого тела в простейших случаях качественно описывается реологич. уравнением Максвелла:˙ε=1E˙σ+1ησ(1)
Эти уравнения соответствуют комбинированным механич. моделям, в которых образец из вязкоупругого материала представляется в виде двух последовательно [уравнение (1), модель Максвелла, рис. 1а] или параллельно [уравнение (2), модель Кельвина – Фойхта, рис. 1б] соединённых элементов – упругой пружины и вязкого демпфера, представляющего собой поршень в цилиндре, заполненном вязкой жидкостью (маслом). При движении поршня вязкая жидкость просачивается через узкий зазор между поршнем и стенкой цилиндра, что и обеспечивает вязкое сопротивление движению. Линейные уравнения типа (1) и (2) применимы только при достаточно небольших механич. напряжениях. В большинстве случаев требуется использование сложных нелинейных уравнений.
При растяжении цилиндрич. образца вязкоупругие свойства проявляются как сильное влияние скорости деформирования έ на зависимость σ от ε (кривая растяжения, рис. 2а), увеличение со временем t деформации ε при постоянном напряжении σ (ползучесть, рис. 2б), уменьшение со временем t напряжения σ в растянутом и зафиксированном образце (релаксация, рис. 2в).
Существующие молекулярные теории дают лишь грубую, качественную картину механизма вязкоупругого поведения твёрдого тела. В полимерах большинство длинных цепных молекул находится в полусвёрнутом состоянии; растягивающее напряжение стремится выпрямить молекулу и сориентировать её параллельно направлению растягивающей силы. При этом часть молекул быстро достигает такого состояния, в то время как др. часть распрямляется замедленно (высокоэластическая деформация). Кроме того, может возникнуть течение материала, связанное с проскальзыванием одних цепей молекул относительно других. В резине и резиноподобных эластомерах длинные цепные молекулы уложены менее плотно, чем в полимерах, поэтому они могут свиваться и распрямляться относительно свободно, что и позволяет резине выдерживать огромные механич. деформации.
Интерес к вязкоупругому поведению твёрдого тела связан с широким использованием полимеров, пластмасс, асфальтовых покрытий, твёрдого топлива ракетных двигателей и др. Теория В. является важной частью реологии.