固体力学的一个研究内容。它在考虑材料的弹性性质和粘性性质的基础上,研究材料内部
应力和
应变的分布规律以及它们和
外力之间关系。材料的粘性性质主要表现为材料中的
应力和
应变率有关。
固体力学的一个研究内容。它在考虑材料的弹性性质和粘性性质的基础上,研究材料内部
应力和
应变的分布规律以及它们和
外力之间关系。材料的粘性性质主要表现为材料中的
应力和
应变率有关。
黏弹体可以理解为是弹性体与液体的混合物。在黏弹体发生
应变的时候,其中的弹性部分承担静态的
应力,而液体部分不承担静态的应力。当
应变对时间的导数不为零的时候,液体部分由于存在微观摩擦,出现黏度,而承担动态的
应力。因此,一个静态的黏弹体与一个纯弹性体相当。
而静态的水的内部没有任何剪切
应力,这是黏弹体的一个极限。纯粹的弹性体在发生
应变随时间变化的过程中,没有黏度,应变不滞后于
应力,这是黏弹体的另一个极限。因此黏弹体是介乎于固体与液体之间的凝聚体。
有不少工程材料,如混凝土、高聚合材料、某些
生物组织以及处于高速变形状态的金属材料,既具有弹性性质,又具有粘性性质,这种兼具弹性性质和粘性性质的材料称为粘
弹性体。在外力作用下,粘
弹性体产生弹性变形,而且变形还随时间而变化,因此用
弹性力学方法来研究粘弹性体就不能反映实际情况。粘弹性理论与
弹性力学的主要区别在于
应力-
应变关系不同。因此,粘弹性体的
应力-
应变关系就成为粘弹性理论的主要研究内容。
通常用服从
胡克定律的弹性
元件和服从牛顿粘性定律(即
应力和
应变率成正比)的粘性元件来表征粘
弹性体的特性。用这两种元件的不同
组合模型可以反映多种复杂粘弹性体的
应力-
应变关系。两种最基本的粘弹性体模型是麦克斯韦模型和开尔文模型。前者为弹
式中点为
应变率,即应变ε对时间的导数;μ为粘性元件的粘性系数;E为弹性元件的
弹性模量(见材料的力学性能;σ和σ点分别为
应力和应力率。后者为弹性元件和粘性元件并联(图中的b),其弹性伸长和粘性伸长相等,而总
应力为弹性应力和粘性应力之和,对应的本构方程为:
上述两方程还可推广到复杂
应力状态问题。在实际中,常需将多个弹性元件和粘性元件按各种不同形式串联或并联,以描述不同粘
弹性体的特性。
粘弹性理论中的几何方程和运动方程与
弹性力学完全相同。从理论上说,利用本构方程、
运动方程、几何方程、
边界条件以及初始条件,可找到粘弹性边值问题的解。在缓慢加载的前提下,如果粘弹性体所受的体积力、
表面力和粘弹性体的位移边界条件都可以写成
空间和时间的分离变量形式,且全部
应力、
应变以及它们对时间的各阶导数的初始值都为零,则可利用对时间的
拉普拉斯变换,把一个线性粘弹性体的问题化为一个同样形状和大小的
线性弹性体的问题。求出后者的解并利用拉普拉斯逆变换,就能得到原粘弹性体问题的解。