塑性流动查看源代码讨论查看历史

原图链接来自无忧文档

塑性流动(plastic flow)即液体只有在应力超过τ0时才开始流动。塑性流动的流动特性曲线不通过原点。塑性流动分为宾汉流动和非宾汉流动。宾汉流动(Bingham flow)是指当应力超过τ0时，流动特性符合牛顿流体规律的流动。而非宾汉流动是指不符合牛顿流动规律流动。把具有这两种流动特性的液体分别称为宾汉流体或非宾汉流体。食品中的浓缩肉汁就是一种典型的宾汉流体。卡松在研究了油漆流动的网架结构与剪切速率的关系后发现剪切应力和剪切速率有如下关系：σ1/2=σ01/2+ηaε1/2。 一部分非宾汉流体液态食品的流动规律符合卡松公式，如番茄酱、巧克力等。

本构模型

郭伟国建立了塑性流动本构模型，对Al3003-H12、2219-T87、7050-T7451、2024-T351和LY12-cz5种典型的铝合金在应变率从10−4/s到8000/s，初始温度从77K到800K以及真实应变超过0.50条件下进行系统实验，并对塑性流动行为进行分析。结果表明：这些铝合金材料具有应变率效应；铝合金材料应变率敏感性可归于短程障碍对热激活位错运动的影响；在200~600K时，这些材料存在第三类动态应变时效现象。基于热激活位错运动机制，推出一个物理概念的本构模型，比较得出的模型预测结果和实验结果一致，可方便用于工程应用

牛顿流动

不同黏度的流体，应力与应变速率存在一定的函数关系。牛顿流体是指黏度不会随剪切速率的变化而变化，剪切速率(shear rate)与剪切应力(shear srtess)成正比的流体。牛顿流体的流动状态方程式如下： τ=ηγ 其中，η指为黏度(viscosity)，体现了流动的阻力，表示剪切应力与剪切速率之间的比例系数，γ表示剪切速率，τ表示剪切应力。对于牛顿流体而言，剪切速率的变化不会影响其黏度。理想的牛顿流体各向同性，且不能压缩，不具有弹性。一定范围内基本符合牛顿定律的流体在流变学中被当做牛顿流体进行处理。如食品中的水、普通蜂蜜、油、酒、液糖、玉米糖浆、过滤后的果汁等，由于完全的牛顿流体在自然界中不存在，通常都按牛顿流体分析计算。

非牛顿流动

在自然界中的食品，不符合牛顿流体定律的流体占大多数。大量的食品，包括浓果汁、果酱、全鸡蛋、菜泥、浓牛奶以及巧克力浆等固液悬浮体都是非牛顿流体，下面的经验公式往往用来表示这些流体的剪切应力与剪切速率之间的关系： τ=k(γ)n(1<n<∞，0<n<1)（1） 式中， n为流态特性指数，k为稠度系数。若为牛顿流体公式，则n=1，此时k为黏度。上式中，设ηa=k（γ）n-1，则与牛顿流体相似的非牛顿流体的状态方程可写为： τ=ηaγ（2） 此式可以得到：η与ηa表示同样物理特性，有相同的量纲，即ηa为表观黏度(apparent viscosity)。表观黏度ηa是流体内部阻力的总和。然而与η不同的是，ηa是γ的函数，与k和n有关。换句话说ηa是指非牛顿流体在某一流速的黏度。 对于很多非牛顿流体，Τ只有在大于一定值Τ0时（也就是说，流体在获得能量克服一个屈服应力值以后），流动才能发生。Bulkey与Hershel提出的表示公式如下： Τ=Τ0+k(γ)n（3） Τ0表示屈服应力(yield stress)。由于公式中的Τ0和n范围不同，将非牛顿流动分为以下五类： 假塑性流动(pseudo plastic flow) 当黏度随着剪切速率或剪切应力的增大而减少，对应于公式（1）中的0<n<1时的流动，叫做假塑性流动。这种流动也被叫做剪切稀化流动(shear thinning flow)，即由于流速的增加引起黏度减小。 假塑性流体符合假塑性流动规律，大部分液态食品都是假塑性液体。大部分非牛顿流体均为假塑性流体。具有假塑性的食品，大多数具有由巨大的链状分子构成的高分子胶体粒子，在低流速或者静止时，由于他们互相缠结，黏度较大，故而显得黏稠。然而流速变大时，这些比较散乱的链状粒子因为会受到流层之间的剪应力作用，减少了它们的互相钩挂，会发生滚动旋转进而收缩成团，于是表现为剪切稀化的现象。对于大部分流体来说，虽然会滞后一点时间，但是剪切稀化现象可逆。流体初始的高黏度状态在剪切速率减小甚至停止剪切时会恢复。从微观上讲，布朗运动使聚集体重新形成，即链状胶体分子又恢复到其无取向的自然位置，产生了变形的液滴恢复为球形。加工行为受高分子流体的假塑性的直接影响。如菜汤、酱油、浓糖水、番茄汁、苹果酱、淀粉糊等高分子溶液、乳状液和悬浮液都属于假塑性流体 。

胀塑性流动(dilatant flow) 黏度随着剪切速率的增大而增大的流动，也称为剪切增稠流动(shear thickening flow)。在公式τ=k(γ)n(1<n<∞，0<n<1)中，如果1<n<∞，称为胀塑性流动。表现为胀塑性流动的流体，称为胀塑性流体。食品材料中胀塑性流体不是很多，比较典型的是生玉米淀粉糊。当给淀粉中加入水，混合成糊状后，缓慢倾斜容器，淀粉糊会像液体那样流动。但如果施加更大的剪切应力，如用力快速搅动淀粉，那么淀粉稀糊反而会变“硬”，失去流动的性质。如果用筷子迅速搅动，甚至阻力会使筷子折断。 塑性流动(plastic flow) 液体只有在应力超过τ0时才开始流动。塑性流动的流动特性曲线不通过原点。宾汉流动(Bingham flow)是指当应力超过τ0时，流动特性符合牛顿流体规律的流动。而非宾汉流动是指不符合牛顿流动规律流动。把具有这两种流动特性的液体分别称为宾汉流体或非宾汉流体。食品中的浓缩肉汁就是一种典型的宾汉流体。卡松在研究了油漆流动的网架结构与剪切速率的关系后发现剪切应力和剪切速率有如下关系： σ1/2=σ01/2+ηaε1/2 一部分非宾汉流体液态食品的流动规律符合卡松公式，如番茄酱、巧克力等。 触变性流动(thixotropy) 触变性是指在振动、搅拌、摇动时，液体的流动性增加，黏性减少，静置后，过段时间发现流动又变困难的现象。也叫摇溶性流动。例如，番茄调味酱、蛋黄酱等，在容器中放置时间一长，倾倒时，就变得很难流动。但只要将容器猛烈摇动，或用力搅拌一会，它们就变得很容易流动。再长时间放置时，它们又会变得流动困难。触变性流动的发生是由于粒子之间形成的结合构造，随着剪切应力的增加而受到破坏，导致的黏性减少。但这些粒子间结合构造在停止应力作用时，恢复需要一段时间，逐渐形成。因此，剪切速率减慢时的曲线在前次增加时的曲线的下方，形成了与流动时间有关的滞变回环。材料的构造破坏的越大，体现为滞变回路包围面积越大。触变性对口感的影响体现为爽口柔和的感觉。 胶变性流动(rheopexy flow) 液体随着流动时间延长，与触变性流动相反，变得越来越黏稠的现象。胶变性流动的食品给人以黏稠的口感。当流速加大时，达到最大值后，再减低流速，减低流速时的流动曲线反而在加大流速曲线的上方。这种现象也被称为逆触变现象。这是因为流动促进了液体粒子间构造的形成。