【连续介质力学】粘性、弹性和塑性的区别,非牛顿流体

【连续介质力学】粘性、弹性和塑性的区别,非牛顿流体这是我写的太极图形学帖子的回复 现在转载如下 原文链接 请问粘弹性和弹塑性的区别是什么 感谢师兄的回复

这是我写的太极图形学帖子的回复,现在转载如下:

原文链接:请问粘弹性和弹塑性的区别是什么?


感谢师兄的回复。这些天我旁听了一些塑性力学的课并且看了一些连续介质力学的书。我的总结如下:

1)该问题属于连续介质力学。

2)简单来说,确实是和时间有关系的。

一句话:弹塑性力学的关注点是变形的多少, 而粘性关注的是变形的快慢

弹塑性力与粘性力两者都是抵抗剪切变形的。但弹塑性力的大小是
由剪切变形(切应变)的大小决定的。而粘性力是由剪切变形的速率的大小(切
应变率)决定的。也就是后者比前者多了一个时间的导数。我们可以想象如下一
个实验。

不那么严谨地,如果我们仿照牛顿平板粘性实验:
在这里插入图片描述

假如我们想研究飞机或者火箭与空气的摩擦。因为速度是如此之快(空气是静止的,而飞机在高速移动),所以变形的快慢非常关键,粘性力的影响也会非常之大。

3) 那么,在公式上是如何体现的呢?

一句话:前者(弹塑性)关注的是应变(即表示变形的多少),而后者关注的是应变率(即变形的快慢)

细说

弹性应力中的剪切分量由广义胡克定律给出:
在这里插入图片描述

粘性力的本构由广义牛顿内摩擦定律给出:

在这里插入图片描述

其中sigma’是应力偏量。mu是粘度。G是剪切模量。epsilon‘是应变偏量。D’是剪切应变率。

可见,两者的差别就在于剪切应变和剪切应变率!

4) 单位上的差别

我在之前的一个帖子里面问过一个问题: 固体拉梅参数mu和流体动力粘度mu是一回事吗? - 中文讨论区 - Taichi

剪切模量的单位:N/m^2(或者说是Pa)

动力粘度的单位:Ns/m^2(或者说是Pa s)

从这里就能看出一些端倪:两者的单位就差一个时间!

5)三种性质的组合

补充:
在连续介质力学之中,可以共同处理这三种力学性质。
显然任何真实材料都是共同拥有弹性、塑性和粘性这三种性质的
关键在于问题关注哪一方面。

有一个模型,叫麦克斯韦模型(没错就是那个大名鼎鼎的麦克斯韦),它就是把粘性和弹性结合了起来!

在这里插入图片描述

你看,滑块(或者叫粘壶)就代表粘性,弹簧就代表弹性。

写成公式就是这样的:
在这里插入图片描述

受麦克斯韦的启发,各路大神又发明了一大堆模型,基本就是组合来组合去

譬如开尔文-福格特模型(串联改成并联)
在这里插入图片描述

伯格斯模型(Burgers)
在这里插入图片描述

甚至可以弄得更复杂一点。

在这里插入图片描述

这样,粘弹性的问题就转化为了电路串并联的问题,即直观又简洁。

具体用什么,还是要看材料的哪种性质占主导


Viscoelasticity - Wikipedia

连续介质力学

wiki:Shear_modulus

李东岳:无痛苦NS方程笔记

博客:李明健

今天的文章 【连续介质力学】粘性、弹性和塑性的区别,非牛顿流体分享到此就结束了,感谢您的阅读。
编程小号
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