Реология

Реология

Реология

Реология (от греч. ρέωТеку и λογοςучение) ( рус. реологии , англ. rheology , нем. Rheologie f ) – наука о текучесть и деформацию сплошных сред (например, обычных вязких жидкостей и жидкостей аномальной вязкости, горных пород, суспензий, насосы и т.д.).

Термин “реология” ввел американский ученый Юджин Бингам, которому принадлежат важные исследования реологических жидкостей и дисперсных систем. Официально термин “реология” принят на 3-м симпозиуме по пластичности (1929, США), однако, отдельные положения реологии как науки были установлены задолго до этого.

1. Научные основы реологии

В основе реологии лежат основные законы гидромеханики и теории упругости и пластичности (в т.ч. закон Ньютона для вязкого трения в жидкостях, уравнения Навье-Стокса для движения несжимаемой вязкой жидкости, закон Гука о сопротивлении деформированию упругого тела и др.)..

Реология может рассматриваться как часть механики сплошных сред. Основная задача реологии – установить зависимость между механическими напряжениями, возникающими в теле, и вызванными ими деформациями и их изменениями во времени.

По предположений об однородности и целостность материала решают краевые задачи деформирования и течения твердых и жидких тел.

Основное внимание обращается на сложную реологическую поведение вещества (например, когда одновременно проявляются свойства вязкие и упругости или вязкости и пластичности и т.д.).

Реология охватывает круг вопросов, находящихся в промежутке между вопросами, которые рассматривает теория упругости идеально упругих тел и вопросами механики ньютоновских жидкостей и к которым относятся задачи, связанные с деформацией и потоками реальных материалов, встречающихся на практике – от расплавов металлов в сильно разреженных жидкостей – таких, как, например, пена. В следующей таблице показана связь между разделами классической механики и реологии жидкостей:

Механика сплошных сред : изучение поведения сплошных средМеханика деформируемого твердого тела : изучение поведения твердых тел в условиях нагрузок.Теория упругости : описывает материалы, восстанавливают свою форму после прекращения силового воздействия на них.
Механика разрушения : описывает закономерности зарождения и развития неоднородностей и дефектов структуры материала типа трещин, дислокаций, пор, включений и т.п. при статических и динамических нагрузках.
Теория пластичности: описывает материалы (тела) приобретаемых необратимой деформации после приложения к ним силовых воздействий.Реология: исследование материалов, характеризующихся одновременно свойствами твердых тел и жидкостей.
Механика жидкостей и газов : исследование поведения сплошных сред (жидкостей и газов), приобретающие форму сосуда, в которой они находятся.Неньютоновские жидкости
Ньютоновские жидкости

2. Реологические модели

Напряженно-деформированное состояние тела в общем случае является трехмерным и описать его свойства с использованием простых моделей нереально.

Однако в тех редких случаях, когда деформирования одноосные, качественно поведение материала наглядно и просто можно смоделировать простейшими структурными элементами.

Реологическими моделями пользуются также при изучении механических свойств полимеров, внутреннего трения в твердых телах и других свойств реальных тел.

При описании реологических поведения материалов пользуются механическими моделями, для которых записывают дифференциальные или интегральные уравнения, куда входят различные комбинации упругих, вязких и пластических характеристик. Основными являются три элемента:

Законы деформирования (связь между механическим напряжением σ и относительной деформацией ε записываются линейными уравнениями:

– закон Гука; – Закон Ньютона для внутреннего трения; – Модель предела текучести,

где E – модуль Юнга; η – динамическая вязкость; σ T – предел текучести.

  • Тело сухого трения Сен-Венана

Кроме того, соотношение между напряжением и деформацией можно брать нелинейными.

Из трех основных элементов можно создавать комбинации с их последовательным и параллельным соединением. При последовательном соединении двух элементов σ = σ 1 = σ 2, ε = ε 1 + ε 2. Для параллельного соединения σ = σ 1 + σ 2, ε = ε 1 = ε 2.

В самых известных моделей следует отнести следующие:

  • модель Кельвина-Фойгта – модель твердого тела, напряжение в котором зависят от скорости деформирования;
  • модель Максвелла – модель твердого тела со свойствами текучести при произвольном постоянной нагрузке;
  • модель Зинера (модель стандартного линейного тела) – реологическая модель линейного вязкоупругого тела, состоящий из двух упругих элементов и вязкого элемента обобщает характеристики моделей Кельвина-Фойгта и Максвелла;
  • модель Прандтля – модель твердого тела с упругими свойствами до определенного предела нагрузки, превышение которой приводит к неограниченной мгновенной деформации;
  • модель Бингама – модель материала свойства текучести которого проявляются после достижения определенного предела нагрузки а сопротивление деформированию зависит от скорости деформации.

Перечисленные классические модели отражают свойства материалов только в определенном приближении, для полного охвата свойств строят модели значительно более сложной структуры.

3. Прикладное значение

С проблемами реологии приходится сталкиваться при разработке технологий различных производственных процессов, при проектных работах и ​​конструкторских расчетах для учета поведения различных материалов (особенно при высоких температурах): полимеров, композиционных материалов, бетонов, силикатов, пищевых продуктов и др..

Методы реологии стали применяться для целей оперативного управления технологическими процессами.

При этом осуществляется непрерывное или периодическое определение одной или нескольких реологических свойств сырья и (или) продукта по заданной программе и с использованием обратной связи проводится корректировка до заданных пределов параметров сырья, процесса или дозировку входящих ингредиентов.

Методы реологии используют в металлургическом и полимерном производстве, горном деле, при гидравлическом транспортировании и др.. отраслях.

3.1. Реология в горном деле

В горном деле используется для исследования поведения горных пород при длительных нагрузках, в обогащении полезных ископаемых – для описания закономерностей процессов, происходящих в аппаратах для мокрого обогащения сырья и обработки суспензий. Учет реологических явлений в горных породах имеет особое значение при разработке угольных месторождений на больших глубинах, так угля часто залегает в относительно слабых осадочных породах, подверженных пластических деформаций.

См..также ползучесть горных пород, крик, пучения горных пород, прочность горных пород.

4. Экспериментальная реология

Экспериментальная реология (реометрии) определяет реологические свойства веществ с помощью специальных приборов и испытательных машин. Микрореология исследует деформации и течение в микрообъемах, например в объемах, соизмеримых с размерами частиц дисперсной фазы в дисперсных системах или с размерами атомов и молекул.

Биореология изучает течение различных биологических жидкостей (например, крови), деформации различных тканей (мышц, костей, кровеносных сосудов) организма.

Изучение взаимодействия потоков с электрическим и магнитным полями, которые могут влиять на потоки как активно, так и опосредованно путем изменения реологических свойств веществ, составляет предмет електрореологии и магнитореологии.

Литература

Источник: https://nado.znate.ru/%D0%A0%D0%B5%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%8F

Реологические свойства это… Реологические свойства – определение, особенности и описание

Реология

В данной статье внимание будет уделено реологии. Вы узнаете, что это такое, ознакомитесь с основными положениями данной составной части физики и многое другое.

Реология как раздел физики

Реология является частью физической науки, которая занимается изучением явления деформации.

Занимаясь исследованием характеристик и свойств настоящих предметов, реология находится между теорией об упругости и гидродинамикой.

Реологические свойства – это особенности веществ, которые могут быть обнаружены под определенным воздействием некоторых сил или скоростей. Само понятие реологии ввел в обращение американский химик Юджин Бингам.

Знакомство с ньютоновской жидкостью

Ньютоновская жидкость является вязкой средой, которая при своем течении подчиняется закону вязкого трения Ньютона. Эта жидкость занимает ключевое место в реологии, поскольку вязкость в ней не зависит от процесса деформации.

Вторым важным понятием является идеально упругое тело. В этом теле в любой момент времени сила деформации зависит от приложенного усилия.

Реологические свойства растворов в ньютоновских жидкостях являются измеримыми параметрами, а информация, полученная в результате исследований таких веществ, позволяет совершать большое количество практически полезных выводов.

Данные термины были введены для объектов, которые в одно время могут показывать как пластичные, так и упругие свойства.

Деформация в реологии

Различные приложения реологии используются на практике для изучения различных свойств металлов при оказании на них давления либо течения. Каждый кристалл в любом его состоянии может быть изменен пластически, то есть деформироваться. Деформация происходит благодаря направленному движению дислокации и вакансии.

Из-за воздействия различных сил в теле кристалла образуется напряжение, которое исчезает благодаря появлению различных трещин и деформаций. Если сила воздействия становится больше допустимой, то происходит разрушение тела.

Фактически реологические свойства материалов описываются именно в реологии, что очень важно для человека в повседневной жизни.

Реологические свойства – это особенности веществ, которые обуславливают создание возможности различной эксплуатации изучаемых объектов.

Практически всем веществам свойственны сложные реологические характеристики. На их состояние влияет множество факторов, которые воздействуют снаружи тела, такие как сила давления, время, температура.

На медицинские препараты и их свойства влияют стабильность, концентрация и состав.

Влияние реологических свойств заметно во всех сферах промышленности и технологических процессах, от разработки до определения качества исходного продукта. Основными примерами таких изменений являются:

  • Анализ продуктов питания и косметических средств личной гигиены на возможности изменения их состояния.
  • Характеристика связующих систем, поиск подходящих материалов для медикаментов и фармацевтических препаратов.

Особенности протекания процесса

Стандартным процессом реологического типа можно назвать относительное течение веществ в вялотекущем состоянии. При этом необходимо наличие эластичности, упругости и пластичности самого вещества.

В самых разнообразных почвах постоянно протекают реологические процессы, которые происходят в результате смешивания частиц грунта твердого типа вместе с грунтовыми агрегатами, которые разделяет связная жидкость, а именно вода.

Вышеуказанный процесс вызывает нарушение связей структурного характера и приводит к созданию вязких контактов, а также переориентации грунтовых частиц. Здесь процесс деформации рассматривается в роли ползучести и может быть объемного или сдвигового типа.

Первый вид (объемный) возникает в результате уплотнения частичек, а его главным обуславливающим фактором является фильтрация и изменение характеристик ползучести грунтового скелета.

По характеру данное явление можно разделить на два вида: незатухающий и затухающий.

Подразделы в реологии

Реологическая наука в своем арсенале имеет некоторое подмножество разделов. Первым считается макрореология, иначе именуемая теоретической. Ее часто рассматривают наряду с механикой.

Реологические свойства – это способность какого-либо тела к деформированию, и именно под таким углом макрореология рассматривает подобные особенности веществ.

Данная часть реологии занимается установлением показателя зависимости действующего напряжения на определенный объект и величиной деформирования, а также изменением этого показателя деформации в результате течения времени.

Решение краевых задач по деформации и течению тел твердого типа, а также жидких и иных тел является главной целью теоретической реологии. У этой науки нет четкого уравнения для определения вещественного состояния, однако имеются вариации формул для самых разнообразных случаев.

Еще одной частью реологии считается моделирование механического характера. Для него создаются дифференциальные уравнения, включающие в себя комбинацию как вязких, так и упругих качеств. Используют такие модели для исследования качественных характеристик полимерных веществ, трения внутреннего типа твердых тел и т. д.

Реометрия – экспериментальный раздел науки, определяющий разнообразные свойства объектов с использованием специальных приборов и машин.

Микрореология занимается исследованием деформации объектов с течением времени в микрообъеме.

Биореологические исследования изучают характеристики жидкостей и их течение. Рассматриваются жидкости, имеющие биологическую природу. Например, нарушение реологических свойств крови и своевременное выявление данного казуса позволит избежать ненужных проблем в организме субъекта. Также здесь рассматриваются результаты деформации разнообразных тканей.

Реология и ее явления присутствуют в большинстве природных процессов и в огромной части технологической и промышленной деятельности.

Самые часто изучаемые вещества в таких процессах, как правило, части земной коры, различные виды пород, магма, нефть и глина, бетон и асфальтобетон, краски масляного типа, различные растворы, сплавы полимеров.

Реологические свойства продуктов, например теста и тому подобного сырья, которое используется для приготовления конфет и прочих кондитерских изделий, также попадают под влияние изучениях их качественных параметров в реологии.

Ракетное топливо и средства гигиены, зубная паста, кремы и даже мышечные ткани, которые состоят из белковых тел, – все это проверяется и изучается в этой науке.

В такой неполный список реологических процессов относятся даже такие вещества, как бетон, изначально твердый и жидкий и даже нефть.

Реологические свойства буровых растворов особенно важны для добычи нефти, ведь если не уменьшить параметры реологического типа промывочных жидкостей, используемых в насосах при добыче нефти, то и упадут их технические показатели.

Как обнаружить свидетельства реологии в повседневности

Простой опыт встречается в быту, он возникает, когда при загрязнении клеем, смолой или сахарным сиропом человек пытается разлепить пальцы. Это приводит к появлению ниточек, которые создаются из, казалось бы, текучей среды. Таким образом, получается паутина и различные нити.

Реология дает нам возможность понять, что при скоростных воздействиях на тело вещества могут проявить себя как твердые, а при медленном воздействии – как жидкие.

К примеру, удар о поверхность воды на скорости 150 км/час ничем не отличается, от удара о бетонную стену, в этом случае вода проявляет себя как твердое тело и не успевает проявиться ее текучесть.

Бетонный столб может со временем стать кривым (вещество течет), различные струны на музыкальных инструментах периодически теряют свое натяжение, их приходится подтягивать, вследствие замедленного течения их длина увеличивается.

Диапазон релеологических процессов может состоять от нескольких секунд до миллиардов лет. Горные породы, образующие целые горные системы, сминаются за несколько геологических периодов, что может составлять миллиарды лет.

Характеристики и особенности различных реологических сред различны и зависят от условий оказываемой нагрузки на них.

По характеру и свойствам близкими к бингамовским жидкостям можно назвать зубные пасты, шламы, буровые растворы.

Некоторые исследования (биореология)

Основываясь на исследованиях реологических характеристик крови и влияющих на нее факторов, можно сделать заключение, что состояние агрегатного характера, в котором находится кровь, является основой, из которой нужно делать заключения.

Улучшая реологические свойства крови, можно добиться ее лучшей циркуляции и способности переносить составные элементы внутренней среды организма. В современности ученые-исследователи уделяют большое внимание микрореологическим характеристикам крови.

Однако вискозиметрия не утратила своего значения и по сей день. Определение реологических свойств крови при помощи вискозиметрии можно разделить на два основных типа: капиллярный и ротационный.

Первый тип протекать может внутри трубки, размеры которой известны заранее, а сам процесс протекания подвергается действию заданных размеров разницы в давлении на разных ее концах.

Заключение

Реологические свойства – это особенности различных веществ, которые могут проявляться в результате воздействия определенного характера, например скорости или давления.

Сама реология является важной наукой и неотъемлемой частью физики, а также свое применение находит даже в биологии.

Эта наука имеет множество подразделов, которые хоть и работают в одной области, однако могут иметь самые разнообразные выводы в исследованиях.

Источник: https://FB.ru/article/340304/reologicheskie-svoystva-eto-reologicheskie-svoystva---opredelenie-osobennosti-i-opisanie

Ваш педагог
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: