Реология – наука о деформации и течении материалов

К реологическим свойствам относятся вязкость и текучесть.

Вязкость (η) - внутреннее трение между слоями данного вещества (жидкости или газа) движущимися относительно друг друга.

Оно обусловлено взаимодействием между молекулами. У газов внутреннее терние имеет кинетическую природу, поэтому при увеличении Т сила терния возрастает.

У жидкостей и тв. тел - внутреннее трение имеет энергетическую природу, поэтому при увеличении температуры сила терния убывает.

Текучесть – свойство, противоположное вязкости – τ =1/ η.

При увеличении числа частиц и сил взаимодействия между ними в дисперсных системах образуется структура.

Структура – пространственный каркас, состоящий из частиц дисперсной фазы и заполненный дисперсионной средой.

В связнодисперсных системах частицы дисперсной фазы не способны перемещаться относительно друг друга. Они обладают определенными механическими свойствами: упругостью, вязкостью, пластичностью. Совокупность механических свойств, обусловленных структурой, называются структурно-механическими.

Структуры согласно Петру Александровичу Ребиндеру^(*) в коллоидных системах можно разделить по видам взаимодействия частиц дисперсной фазы на:

1. Коагуляционные, в которых взаимодействие частиц происходит непосредственно через прослойку жидкости за счет сил межмолекулярного взаимодействия. Механические свойства определяются не столько свойствами частиц, образующих структуру, сколько характером и особенностями связи и прослоек среды.

Коагуляционные структуры имеют жидкую дисперсионную среду. Для этих структур характерно явление тиксотропии – способность структурированной системы восстанавливаться после разрушения.

2. Конденсационно-кристаллизационные– образуются за счет непосредственного химического взаимодействия между частицами и их срастания с образованием жесткой объемной структуры.

Если частицы дисперсной фазы аморфные, то образуются конденсационныеструктуры,

Если частицы кристаллические – то кристаллизационные. Такие структуры характерны для связнодисперсной структуры с твердой дисперсионной средой. Такие структуры придают телам прочность, хрупкость и не восстанавливаются после разрушения.

Структурированные системы способны к деформациям.

Деформация – относительное смещение точек системы, при которых не нарушается ее сплошность.

Деформации бывают упругие (обратимые) и остаточные.

При упругой деформации структура тела полностью восстанавливается после снятия нагрузки.

Остаточная деформация необратима.

Остаточная деформация, при которой не происходит разрушение, называется пластической.

Среди упругих деформаций различают объемные: растяжение, сжатие тела, они вызываются нормальным напряжением сдвига. При одномерном удлинении отношение приращения длины к первоначальной величине называется γ=Δl/l₀ – абсолютным удлинением.

l₀ Δl

деформация сдвига – деформация кручения, возникает под действием касательного, тангенциального напряжения сдвига, определяется относительным сдвигом под действием напряжения сдвига.

y Р

х α

Рис.4.1.Деформация сдвига

γ= y/х, [Р]= [Па]= [н/м²]

Жидкость и газы деформируются при минимальных нагрузках, под действием разности давлений текут. Но жидкости при течении практически не сжимаются, их плотности практически постоянны.

Такие свойства, как упругость, пластичность, вязкость и прочность проявляются при сдвиговой деформации, которая считается наиболее важной в реальных исследованиях.

Зависимость реологических свойств от различных факторов выражают графически в виде реологических кривых (кривых течения).

Для жидкости характерны два течения:

а) ламинарное в виде параллельных неперемешивающихся слоев

б) турбулентное