Модель вязкоупругого тела Максвелла

Рис. IX. 2. Механические модели Максвелла (а), Кельвина —Фойгта (б), двойная модель Максвелла (в), стандартного линейного тела (Зинера) (г) и обобщенная модель Максвелла ( ), применяемые для опнсани(Г вязкоупругих свойств полимеров

Рассмотрим свойства простейшего вязко-упругого твердого тела.. Для этого предположим, что в модели обобщенного тела Максвелла имеются всего два элемента, причем модуль упругости во втором из них бесконечно велик. Эта вырожденная модель обобщенного тела Максвелла называется моделью Кельвина — Фойхта. Она показана на рис. 1.18. Ее физический смысл состоит в том, что развитие упругих деформаций происходит с запаздыванием, ибо оно тормозится вязкостью среды. Реологическое уравнение состояния вязкоупругого твердого тела, описываемого моделью Кельвина — Фойхта, устанавливается из рассмотрения рис. 1.18. Очевидно, что суммарное напряжение а, приложенное к модели, складывается из напряжений в ее ветвях, т. е. сг = -f сГа- Тогда, если и сГа Г1у,то [c.96]

Рис. 1.17. Модель Максвелла вязкоупругого тела (упругая постоянная пружины н вязкость демпфера являются переменными).

Для вязкоупругого тела (модель Максвелла) релаксация напряжения описывается уравнением [c.212]

Чисто эластическое деформирование механически полностью обратимо и не связано с разрывом цепи или ползучестью. Однако в реальном каучуке, как и в любом вязкоупругом твердом теле, энергетическое и энтропийное упругое деформирование представляет собой вязкое течение. Отсюда следуют релаксация напряжения при постоянной деформации, ползучесть при постоянной нагрузке и диссипация энергии при динамическом воздействии. Поэтому при моделировании макроскопических механических свойств вязкоупругих твердых тел даже в области деформации, где отсутствует сильная переориентация цепей, следует использовать упругие элементы с демпфированием, содержащие пружины (модуль G) и элементы, учитывающие потери в зависимости от скорости деформирования (демпфер, характеризующийся вязкостью ti). Простейшими моделями служат модель Максвелла с пружиной (G) и демпфером (ti), соединенными последовательно, и Фохта—Кельвина с пружиной (С) и демпфером, соединенными параллельно. В модели Максвелла время релаксации равно t = t]/G, а в модели Фохта—Кельвина то же самое время релаксации более точно называется временем запаздывания. В феноменологической теории вязкоупругости [55] механические свойства твердого тела описываются распределением основных вязко-упругих элементов, характеризуемых в основном временами релаксации т,-. Если известны спектры молекулярных времен релаксации Н(1пт), то с их помощью в принципе можно получить модули вязкоупругости [14Ь, 14d, 55]. Зависимый от времени релаксационный модуль сдвига G t) выражается [c.39]

Класс вязкоупругих материалов в качестве простейших представителей этого класса включает вязко-упругую жидкость (тело Максвелла) и вязкоупругое твердое тело (тело Кельвина). Механическая модель вязкоупругой жидкости представляет собой последовательно соединенные элементы упругого и вязкого сопротивлений, а модель вязкоупругого твердого тела — те же элементы, соединенные параллельно. Примером вязкоупругой жидкости является полиизобутилен, а примером вязкоупругого твердого вещества — набухшая в масле резина. [c.671]

Этот закон качественно верен для вязких материалов, обладающих упругостью (упруговязкие тела). Для твердых тел с внутренним трением (вязкоупругие тела) модель Максвелла не [c.215]

Рассмотрим модель вязкоупругого тела Максвелла, для которого закон ползучести имеет вид [c.213]

Простейшими механич. М. являются Максвелла модель и Кельвина модель, описывающие свойства двух основных типов релаксирующих тел — соответственно упруговязкого (текучего тела, обладающего упругостью) и вязкоупругого (упругого тела с внутренним трением). Одпако эти модели дают только качественное и далеко не полное описание релаксационных явлений в полимерных телах. Формально соединяя в единую систему большое число моделей Максвелла и Кельвина с различными характеристиками входящих в них пружин и демпферов, получают М., способные описать механич. релаксационные процессы в полимерных телах с любой степенью точности. При этом любое число параллельно соединенных различных моделей Кельвина полностью эквивалентно одной модели Кельвина [c.131]

Таким образом, модель Максвелла описывает релаксацию упругого тела, Фойхта — ползучесть, но ни одна из них не отражает общего поведения вязкоупругого тела, когда необходимо описать сразу и релаксацию напряжения, и ползучесть. [c.91]

В опыте по релаксации напряжения в растянутом образце, как мы видели, эластическая обратимая деформация со вре.менем переходит в вязкотекучую, необратимую. Полностью обратимая деформация развивается в идеально упругой стальной пружине, а полностью необратимая деформация развивается при нагружении поршня, помещенного в идеальную жидкость. Последовательное соединение пружины и поршня является простейшей моделью вязкоупругого тела (рис. 9.2). Эта модель носит название модели Максвелла (по имени ее создателя). [c.120]

Тело Максвелла (рис. VII.3, а) представляет собой модель вязкоупругой жидкости. Примером такой жидкости является полиизобутилен. Если мгновенно вызвать деформацию величиной (например, переместить цилиндр до упора О) н далее удерживать ее постоянной, то в первый момент времени эта деформация будет целиком обусловлена растяжением пружины, поскольку упругая часть деформации Уу — не требует для своего раз- [c.183]

Очевидно, что сочетания этих двух простейших элементов могут с различной степенью точности моделировать вязкоупругие свойства полимерных тел. Наиболее простой моделью, сочетающей упругие и вязкие свойства, является предложенное Максвеллом последовательное соединение этих простейших элементов, которое проявляет эти свойства за время действия силы (рис. 39, в). Схематически такая модель изображена на рис. 40. [c.95]

Анализ формул (114) и (115) показывает, что единичная модель Максвелла не может быть использована для описания акустических, или, как их иногда называют, динамических вязкоупругих свойств полимеров. Действительно, из формулы (114) видно, что в случае предельно низких частот (при сот- 0) С - 0. Таким образом, в этой модели динамический модуль упругости не имеет отличного от нуля конечного значения при т -> О, что противоречит экспериментальным данным и указывает на некорректность использования данной модели для описания акустических свойств вязкоупругих тел. Кроме того, для этой модели tg б = 0"/0 = 1/сот. Следовательно, tg б не имеет максимума, что также плохо согласуется с экспериментальными данными. [c.35]

Одним из способов описания вязкоупругого поведения реальных тел является использование механических моделей. Наиболее распространенными являются модели Максвелла, Кельвина — Фойхта и реологическая модель линейного стандартного тела. Рассмотрим эти модели и покажем, что они могут быть получены как следствия феноменологической теории, изложенной выше. [c.34]

Для вязкоупругого тела (модель Максвелла) тангенс угла механических потерь равен [c.212]

Уравнению (1.100) отвечает простая механическая модель, показанная на рис. 1.16, где предполагается, что закон деформации пружины у 1 oпиQывaeт я линейным соотношением у х = а закон деформации поршня у 2 вязкой жидкости (демпфера) представляется уравнением у 2 = Так как суммарная деформация у является суммой деформаций пружины ух и поршня уг . у или =71+72 и подстановка значений ух и у21 выраженных через напряжения, приводит к уравнению (1.100). Механическую модель, представленную па рис. 1.16, называют моделью Максвелла, а реологическое уравнение состояния (1.100) — уравнением Максвелла соответственно вязкоупругую среду,. свойства которой описываются этим реологическим уравнением состояния, называют телом Максвелла. [c.92]

Механическим аналогом вязкоупругого тела, соответствующего модели Максвелла, является пружина и демпфер (поршень, движущийся в вязкой жидкости), соединенные последовательно. Эта модель иногда используется [c.34]

Исходные понятия Р.— ньютоновская жидкость, вязкость к-рой не зависит от режима деформирования, и упругое тело, в к-ром напряжения пропорциональны деформациям в каждый момент вре>1сни. Эти понятия были обобщены для тел, проявляющих одновременно вязкостные и упругие, вязкостные и пластичные и т. п. св-ва с помощью реологич. моделей. Простейшие из них упруговязкое тело — вязкая жидкость, способная запасать энергию деформирования и релаксировать (модель Максвелла) вязкоупругое тело — ТВ. тело, проявляющее запаздывающую упругость (модель Кельвина), нри деформировании такого тела часть энергии необратимо рассеивается в виде тепла вязкопластичное тело, к-рое гге деформируется при напряжениях, мепьших нек-рого критич. значения, а при больших — течет как вязкая жидкость (модель Бингама). [c.507]

Вязкоупругое тело характеризуют обычно моделью Фойхта, суммируя напряжение обеих составляющих элемента, тогда как для вязкоупругой жидкости используют модель Максвелла, в которой суммируются деформации, возникающие в элементе под действием приложенной силы. [c.49]

К. м., как и Максвелла модель, используют для построения обобщенной теории линейной вязкоупругости, в к-рой вязкоупругие свойства тела описываются не одним, а набором (спектром) времен запаздывания. Зависящие от времени характеристики К. м., за редким исключением, слишком упрощенно воспроизводят вязкоупругие свойства реальных полимерных материалов, однако анализ реологич. ур-ния состояния К. м. позволяет понять нек-рые особенности деформации полимерных твердых тел по сравнению с простейшими чисто упругими телами при различных режимах нагружения. [c.505]

В заключение заметим, что очень часто предпринимаются попытки использовать простые модели Максвелла или Кельвина — Фойхта для описания акустических свойств полимерных материалов. Из изложенного выше следует, что такой подход является принципиально неверным, так как формулы (113) и (117) даже качественно не могут описать динамические вязкоупругие свойства полимеров. Для качественной оценки вязкоупругого поведения полимеров в некоторых случаях можно использовать модель линейного стандартного тела, показанную на рис. 4 [формулы (118)—(125), или модель, изображенную на рис. 5 [формулы (126)—(129)]. [c.39]

Максвелл описал это поведение с помощью последовательно соединенных пружин и поршня (см. рис. 14.1, в). При приложении внешней нагрузки происходит мгновенное удлинение пружины, за которым следует медленное движение поршня, а при снятии нагрузки — мгновенное сокращение пружины, причем поршень остается на месте. Поведение таких металлов, как медь или свинец, не может быть описано только модулем или вязкостью, поскольку материал ведет себя и как эластическое твердое тело, и как вязкая жидкость одновременно. Это поведение называют вязко-упругим , а модель, в которой последовательно соединены пружины и поршень, — моделью Максвелла. График зависимости напряжения от деформации для вязкоупругой модели приведен на рис. 14.1, в. [c.339]

Теперь мы должны перейти к реальному линейному полимеру, состоящему из множества молекул, взаимодействующих между собой. Что же изменится в описанной абстрагированной картине Прежде всего, изменение коснется природы тепловых пружин , т. е. суммарной высокоэластической деформации. Тепловые движения взаимодействующих между собой сегментов могут совершаться не произвольно, а в зависимости от поведения своих соседей. Практически полимер будет обладать не одним значением времени запаздывания 02, а целым рядом значений (от малых до больших). С другой стороны, в полимере пластическое течение в чистом виде осуществляться не может ввиду того, что наряду с мгновенноупругими деформациями развиваются высокоэластические. Весьма интересная но физическому обобщению точка зрения на пластическое течение полимеров Г. И. Гуревича основана, например, на изучении модели вязкоупругого тела Максвелла. В данном случае происходит постепенное нарастание неупругих деформаций, обусловленное упругой деформацией, величина которой поддерживается постоянной. [c.105]

Поскольку допущение о существовании у твердых полимеров вязкоупругих свойств (т. е. допущение, что материал ведет себя как тело Максвелла или Фойгта—Кельвина или как разные сочетания этих тел) явилось полезным при изучении небольших изменений формы, были предприняты попытки приложить те же механические модели для интерпретации особенностей установившегося течения полимеров. Эти обобщения можно найти у Пао и Эйриха". [c.36]

При рассмотрении мышдье как вязкоупругого тела можно построить модель, содержащую недемпфированный упругий элемент и носледователь-но соединенный с ним демпфированный упругий элемент и еще один упругий элемент,, параллельный первым двум (рис. 12.18). Такая формальная модель есть комбинация моделей Фойгта и Максвелла. Модель Фойгта — упругий элемент, соединенный параллельно с демпфирующим, модель Максвелла — те же элементы, соединенные последовательно. [c.410]

В заключение заметим, что очень часто предпринимаются попытки использовать простые модели Максвелла или Кельвина — Фойхта для описания динамических вязкоупругих свойств полимерных материалов. Из изложенного выше следует, что такой подход является прин ишиально неверным, так как формулы (7.45) и (7.49) даже качественно не могут описать динамические вязкоупругие свойства полимеров. Для качественной оценки вязкоупругого поведения полимеров в некоторых случаях молено использовать модель линейного стандартного вязкоупругого тела или модель, приведенную на рис. 57. Две последние модели можно применять лишь для описания одного релаксационного процесса, в котором распределение времен релаксации может быть в первом (весьма грубом) приближении заменено одннм усредненным, эффективным временем релаксации. Выражения (7.50) — (7.59) качественно правильно описывают динамические вязкоупругие и акустические свойства полимеров они указывают на дисперсию (частотную зависимость) динамического модуля упругости (или дисперсию скорости звука) приводят к конечным значениям динамического модуля как в случае низких частот (со—>О), так и в случае высоких (со—иоо) указывают, что для каждого релаксационного процесса должен существовать максимум на частотной зависимости tgo. [c.248]

В данном разделе рассматриваются две современные теории гистерезисного трения. Унифицированная теория [1] дает нолуэмпирические уравнения по аналогии с соответствующей теорией адгезии (см. гл. 8). Эти уравнения затем комбинируются для выражения коэффициента гистерезисного трения /гист- В данном разделе приводится модифицированная форма унифицированной теории. Вторая теория исполь-зует модель Максвелла вязкоупругого тела для получения уравнения, которое количественно [2] определяет /гист Для случая трения сфер, цилиндров и конусов по э.ластомеру в отсутствие адгезии. Окончательные уравнения в обеих теориях подобны, несмотря на различные способы доказательства в каждой из них. [c.207]

Рассмотрим некоторые из этих моделей, применяемых для количественного и качественного изучения механических свойств вязкоупругих тел. Конструирование механических моделей в основном базируется на принципах, сформулированных во второй половине прошлого века Максвеллом, Больцманом, Кельвиным и Фойгтом. Максвелл рассматривал общую дефор- [c.23]

Понятия о мгновенно-упругих п высокоэластич. деформациях представляют собой идеализацию, поскольку деформирование реальных полимерных тел всегда сопровождается диссипативными эффектами — часть работы внешних сил необратимо рассеивается в виде тепла. Поэтому реальные полимеры являются вязкоупругими или упруговязкими (см. Кельвина. модель, Максвелла. модель, Больцмана — Волыперры уравнения). Эффекты, связанные с вязкоупругими релаксациопны-ми явлениями, наиболее резко выражены в переходных областях между стеклообразным и высоко )ла-с.тическим и высокоэластическим и вязкотекучим состояниями. [c.116]

Простейшей моделью несжимаемой вязкоупругой жидкости является модель Максвелла [20, 21], в которой совмещаются свойства твердого тела (закон Гука) л ньютоновской жидкости [c.115]

Модель Кельвина-Фойхта описывает вязкоупругое твердое тело, так как она не обнаруживает беспредельно невосстанавливае-мого вязкого течения. В противоположность ей модель Максвелла справедлива для вязкоупругой жидкости , так как в моделируемой ею среде при данном напряжении а у = / 7 возникает непрерывное установившееся течение. Парадоксальное сочетание свойств упругости и вязкости явилось основанием для терминов твердо-и жидко образный материал, предложенных П.А. Ребиндером. [c.127]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология