鱼嘴构造流变计研究与基于流变学的分类方案
流变学概述方案范文
流变学概述方案范文流变学是研究物质应变和应力之间关系的学科，其研究对象是液体和固体的变形在力学上的表现。
流变学的研究有助于我们了解材料的力学特性以及其在实际应用中的行为。
本文将概述流变学的基本概念、应变应力关系、流变学的应用以及流变学的研究方法和实验设备。
流变学的基本概念：流变学研究的主要对象是物质在受力作用下发生的变形现象。
物质的变形可以分为弹性变形和塑性变形两种情况。
弹性变形是指物质在受力作用下发生的可逆性变形，也就是物质在去除外力后能恢复到原始形态的变形。
而塑性变形则是指物质在受力作用下发生的不可逆性变形，去除外力后无法完全恢复到原始形态。
应变应力关系：在进行流变学研究时，我们需要了解物质的应变与应力之间的关系。
应变是指物质在受力作用下所发生的变形程度，可以分为线性应变和非线性应变。
线性应变是指物质在受力作用下的变形与受力大小成正比，而非线性应变则是指物质在受力作用下变形与受力大小不成正比。
应力是指物质在受外力作用下产生的内部分子力，可以分为剪切应力和正应力。
剪切应力是指在物质内部的平面上，垂直于该平面的单位面积上所受的力，而正应力则是指物质内部特定点沿垂直于该点的方向上的单位面积上所受的力。
流变学的应用：流变学在许多领域中有广泛的应用，例如制药、化妆品、食品加工、材料工程等。
对于这些领域的应用，流变学可以帮助我们了解物质的黏度、流动性、变形性等性质，从而指导实际生产和应用过程。
比如，在制药工业中，流变学可以帮助我们控制粘度，确保药品的质量和稳定性。
在食品加工领域，流变学可以帮助我们改善食品的质地和口感。
在材料工程领域，流变学可以帮助我们改善材料的加工过程，提高材料的性能。
流变学的研究方法和实验设备：流变学的研究方法用于测量和分析物质的流变行为。
常见的流变学实验方法和设备包括旋转式流变仪、振荡式流变仪、剪切式流变仪等。
旋转式流变仪通过旋转圆盘或圆柱体来测量物质的黏度和流动性。
振荡式流变仪则通过振荡电机来模拟物质的变形情况。
流变学 高升 141862
流变学摘要：流变学是研究材料流动与变形的科学，其主要研究对象是非牛顿流体。
流变学研究涉及化学与化工、力学与材料、石油与地质、生物与医学、工程技术等领域。
显然，流变学在基础研究中占有非常重要的地位，对材料的研发与加工、石油开采与输送、临床医学、食品医药、轻化工、岩土工程、地质灾害预测与防护等具有指导意义。
关键词：流变学流体前沿(一)流体分类1.宾汉型塑性流体宾汉型塑性流体是非牛顿流体。
此类流体的剪切应力(τ)与速度梯度(du/dy)成线性关系，但直线不过原点。
当剪应力超过一定值后流体才开始流动，此解释是该种流体在静止时具有三维结构，其钢度足以抵抗一定的剪应力。
当剪应力超过一定的数值后，三维结构被破坏，于是流体就显示出与牛顿流体一样的行为。
宾汉型塑性流体常用以下公式表示：τ= τ0+ μ(du/dy) μ: 黏度属于此类流体的有纸浆、牙膏、岩粒的悬浮液、污泥浆等。
2.假（伪）塑性流体假塑性流体是非牛顿流体，其剪切应力和剪切速率关系的流变曲线通过原点，但二者不呈直线关系，流体的表观黏度随切变速度的增加而减小，这称作剪切稀化现象。
假塑性流体的流变性质常用经验公式表示：τ= μ(du/dy)n式中 0<n<1高分子熔体和浓溶液大都属于假塑性流体。
3.牛顿流体牛顿流体是指在受力后极易变形，且剪切应力与变形速率成正比的低粘性流体，不同于牛顿流体的都称为非牛顿流体。
牛顿流体的运动符合以下公式：τ= μ(du/dy）水、酒精等大多数纯液体、轻质油、低分子化合物溶液以及低速流动的气体等均为牛顿流体。
4. 膨胀性流体膨胀性流体是非牛顿流体，在外力作用下，其粘度会因剪切速率的增大而上升，称作剪切稠化现象，但在静置时，能逐渐恢复原来流动较好的状态。
膨胀性流体常用以下公式表示：μ=(du/dy)n式中n>15.理想流体黏度为零的流体称为理想流体，也叫完全流体。
理想流体实际并不存在，真实流体运动时都会表现出黏性，但引入理想流体的概念，对研究实际流体起着很重要的作用。
流变学基础及应用ppt课件
sedimentation
surface levelling sagging dip coating pipe flow, pumping, filling into containers coating, painting, brushing
Shear Rate (1/s) < 0,001 to 0,01 0,01 to 0,1 0,01 to 1 1 to 100 1 to 10 000
Simple Test Methods
简单测试
铲刀试验（trowel test） - 高粘流体：“稠” - 低粘流体：“稀”
定性！
手指试验（finger test） - 粘稠：“长” - 稀薄：“短”
10
粘度计 Bostwick稠度计（Consistometer）
测定流体（如番茄酱等）在一定时间内流过的长度
100 to 10 000 33
Application: Sedimentation of Dispersions
herbs in salad dressing
in the beginning
after 15min
34
Application: Levelling and Sagging of a Coating
schematic presentation of a BOSTWICK-constistometer 1 sample container, max. 100 ml 2 gate, to be opened by a spring 3 scaled flow path
11
落球粘度计 Falling-Ball Viscometers
ARES-rfs 23
鱼嘴工程的研究及其在航道整治中的应用
（． １ 南京水利科学研究院 ，江苏 南京 ２ ０ ２ ；２ 交通部港 口航道 泥沙工程重 点实验 室，江 苏 南京 ２０ ２ ； １０ ４ ． １０ ４
３ 河海大学交通 学院．江苏 南京 ． ２０９ ） １０ ８
摘
要 ：鱼嘴 工程是 水利、水运 工程 建设 中应 用较 广的整 治建筑物形式之 一。分析介 绍 了鱼嘴 工程在航道 整治 中的作
塑料加工流变学
缩短生产周期，提高生产效率，减小能耗
双色注塑成型
两种不同的材料由两个不同的注射单元经过两个浇口注 入到同一个型腔。 材料之间粘合性好，熔体粘度差异尽可能小。
谢谢！
塑性变形（plastic deformation）
应 力：引起变形的作用力F除以作用面积A 的内力 弹 性：除去外部应力时恢复原状的性质 内应力：单位面积上存在的与外力相对抗力，也称内摩擦力
粘 弹 性 物 质
流变学（Rheology）：研究物质流动及形变的科学
高分子材料结构流变学（微观流变学或分子流变学）
高分子材料流变性质与其微观结构-分子链结构，聚集态结构-之间的 联系，建立本构方程，沟通宏观材料流动性质与微观结构参数之间的 联系。
高分子材料加工流变学（宏观流变学或唯象流变学）
主要研究与高分子材料加工工程有关的理论与技术问题。如研究加工 条件变化与材料流动性质（粘度及弹性等）及产品力学性能之间的关 系。材料流动与分子结构及组分结构之间的关系，异常流变现象发生 的规律，原因及克服方法，典型加工成型操作单元过程的流变学分析， 多相体系的流变性质规律，以及同模具与机械设计相关的问题。
流变仪
旋转流变仪原理 剪切应力
Shear stress
F
A
单位面积所受的作用力
N m2 Pa
应变
Strain
g v
h
m constant m
单位长度的伸长
剪切速率
Shear rate
g
v dg m 1 s-1 h dt sm s
毛细管流变仪
毛细管流变仪由一个加热桶和一个活塞 组成，活塞向熔体施加应力，使之以一 定的剪切速率通过标准口模。口模形状 可以更改（长径比），以测量材料在不 同条件下的流变性能。
流变学简介
26
Flow Curve -- Starch
Pasting
temperature
27
Flow Curve -- Starch
28
Yield Stress – Slurry with Vane Spindle
For
particle filled or soft-solid samples Constant Shear rate: lower than 1 /s No destroy of sample
14
粘温曲线-ARRHENIUS 分析
100
mPas
10 10 15 20 Temperature
crude oil
25 T
30
35
° C
40
Arrhenius Analysis low T
Arrhenius Analysis high T
15
粘弹性行为 (PIB)
Die swell when flowing out of a capillary
dh const.
6
为什么测定粘度
对粘度数据的正确的解释可以：
降低不合格率 使生产和配方工艺研究的费用最低 确保稳定的产品质量
7
典型剪切率范围:
Process sedimentation surface levelling
Shear Rate (1/s) < 0.000001 to 0,0001 0,001 to 0,1
(high-speed) coating, blade coating
100 000 to 1 mio.
8
流体类型
Newtonian牛顿流体:
流变学
第一节
概述
一,流变学的基本概念 (一)流变学研究内容
流变学 流变学(rheology)系指研究物体变形和流动的科 系指研究物体变形和流动的科 年由Bengham和Crawford提出. 提出. 学,1929年由 年由 和 提出 物体的二重性:物体在外力作用下可观察到变 物体的二重性: 形和流动现象. 流变性: 形和流动现象. 流变性:物体在外力作用下表 现出来的变形性和流动性. 现出来的变形性和流动性. 流动是液体和气体的主要性质之一,流动的难 流动是液体和气体的主要性质之一, 易程度与流体本身的粘性有关, 易程度与流体本身的粘性有关,因此流动可视 为一种非可逆性变形过程. 为一种非可逆性变形过程.
流变学在药学中应用
液体
a. 混合
半固体
皮肤表面上制剂的 铺展性和粘附性 从瓶或管状容器中 制剂的挤出 与液体能够混合的 固体量 从基质中药物的释放
固体
压片或填充胶囊时 粉体的流动 粉末状或颗粒状 固体充填性
制备工艺
装量的生产能力
b. 由剪切引起的 分散系粒子的粉碎 c. 容器中的液体 的流出和流入 d. 通过管道输送 液体的制剂过程 e. 分散体系的物理 稳定性
(二)剪切应力和剪切速度 剪切应力与剪切速度是表征体系流变性 质的两个基本参数. 质的两个基本参数. 流体的层流速度不同,形成速度梯度, 流体的层流速度不同,形成速度梯度, 或称剪切速度 剪切速度. 或称剪切速度.速度梯度的产生是由于 流动阻力的存在, 流动阻力的存在,流动较慢的液层阻滞 流动较快液层的运动. 流动较快液层的运动. 使各液层间产生相对运动的外力叫剪切 在单位液层面积( 力,在单位液层面积(A)上所需施加 剪切应力, 的这种力称为剪切应力 简称剪切力. 的这种力称为剪切应力,简称剪切力.
工程学基础中的流变学
工程学基础中的流变学工程学是一门研究应用科学与工程技术相结合的学科，它涵盖了多个领域，其中最具代表性的是土木工程、机械工程和化学工程。
其中，流变学被广泛应用于这些领域中。
流变学是研究物质变形和流动特性的一门科学，它对于工程设计和材料选择有着不可估量的作用。
1. 流体力学流体力学研究物质的流动，而流变学则研究物质的变形和流动规律。
流变学的基本理论是黏弹性理论，它描述了物质在各种应力作用下的变形和流动规律。
在工程学基础中，很多领域都需要应用流体力学和流变学的理论知识。
例如，在土木工程中，我们需要研究水和淤泥在土壤中的流动，结构工程中需要研究各种材料在应力下的变形规律，化学工程中需要研究不同物质在反应过程中的变形和流动规律。
2. 工程材料工程材料在应用中，尤其是在化学工程和机械工程中，需要经历各种应力和变形。
因此，了解材料的流变学特性的知识对于材料选择和设计具有重要的参考价值。
例如，在材料中加入膨润土和纳米材料可以提高材料的强度和韧性，对于设计新的结构材料非常有用。
此外，流变学的研究还能帮助我们研究环境问题。
例如，我们可以研究塑料垃圾在水中的流动性和吸附力，同时探索经济环境中的污染洛流动规律。
3. 工业应用流变学的理论知识已成为解决工业生产中工艺问题的关键性技术。
工业流程需要对材料的变形和流动特性进行定量分析，这是制造高质量产品的重要条件。
例如，在化学工业生产中，过程控制需要研究化学反应中物料的流动性和变形特性。
在塑料和橡胶生产中，流体输送管道设计需要考虑液体的黏度和物料的变形特性。
在油气开采和加工中，需要考虑复杂介质的流动规律和变形情况，这对于工业生产过程中的节能和环境污染控制具有重要的参考价值。
工程学基础中的流变学是一门重要的学科，它对于各种工程应用有着举足轻重的作用。
了解流变学的理论知识，可以帮助工程师更好地了解物料变形和流动规律，并设计出高质量和高效率的生产流程。
同时，在环境问题方面，研究物料流动情况可以帮助我们更好地理解污染物质在大气、地下水和土壤中的传播规律。
《流变学基础》课件
应变：物体受到外 力作用时，形状或 尺寸发生的变化
应变速率：物体应 变的速度，通常用 单位时间内应变的 变化量来表示
应力、应变和应变速 率是流变学的基本概 念，它们之间的关系 是流变学研究的核心 内容
屈服点：材料在受 到外力作用下，开 始发生塑性变形时 的应力值
屈服应力：材料在 屈服点时的应力值
研究方向：多 学科交叉融合， 如生物流变学、 环境流变学等
技术挑战：提 高测量精度、 开发新型流变
仪等
应用领域：拓 展到更多工程 领域，如航空 航天、生物医
学等
理论创新：建 立更完善的流 变学理论体系， 解决复杂流变
问题
汇报人：
流变学中的本构方程是描述材料在应力作用下的变形和流动的基本方程。 本构方程可以分为线性本构方程和非线性本构方程。 线性本构方程是最简单的本构方程，它假设材料的变形和流动是线性的。 非线性本构方程则考虑了材料的非线性变形和流动特性。
PART FIVE
流变仪：用于测量流体的流变 特性
旋转流变仪：用于测量流体的 剪切应力和剪切速率
温度升高，流变特性增强 压力增大，流变特性减弱 温度和压力共同作用，影响流变特性 实验和测量技术：需要精确控制温度和压力，以获得准确的流变特性数据
流变特性：材料在应力作用下的变形和流动特性
微观结构：材料的内部结构，包括原子、分子、晶格等
机理：流变特性的物理和化学机制，如分子间的相互作用、晶格变形等
玻璃材料：具有透明、易加工、耐腐蚀等特点，广泛应用于建筑、光学等领域
流变学在陶瓷和玻璃材料中的应用：研究材料的变形、断裂、蠕变等行为，为材料的设 计和加工提供理论依据
流变学在陶瓷和玻璃材料中的应用实例：陶瓷材料的烧结工艺、玻璃材料的成型工艺等
第六章流变学
解释：源于液体的弹性，在流体中心切速率最大，张力 最大，迫使液体向中心移动，产生爬杆现象。
8.9 降摩阻效应
少量的高分子化合物溶液具有使粘度上升而在管式流动中 的阻力下降现象，称之为“Tom”效应，或降摩阻效应， 或降阻效应。
应用：长距离管道输送原油，加入极少量的降摩阻剂，即 可提高输送效率；军事上喷火器、鱼雷的施放、快艇、潜 艇外壁上喷涂一层降摩阻剂，可大大提高速度；鱼类表面 分泌黏液也是为了减少摩擦阻力；血液内注入高分子降摩 阻剂（葡聚糖）可降低血压，防止在血管壁上沉积。
本章研究固体分散在液体中的溶胶或悬浮体。
8.1 粘度
粘度是液体流动时所表现的内摩擦。 τ=η·D 其中η是切力与切速率之间的比例系数，称为该液体的粘 度，τ是单位面积上的切力，D表示切速率。
凡是服从这种简单比例关系的液体均称为牛顿液体，这种 粘度称为牛顿粘度。
在室温下水的粘度为1mPa · s。
属于假塑性流体的有高分子溶液、淀粉溶液、乳状液 等。 塑性体系的切力必须超过一定数值后才会发生切稀作 用，能使体系开始流动的那一点切力称为“屈服值”。
属于塑性体系的有油漆、牙膏、泥浆等。 胀性体系有切稠作用，这种体系并不罕见，比如揉面 及许多色料在水中或有机溶剂中都有这种现象。
8.4
塑性体系
若一个物体所受的切力超过某一个限度，其形状的改变是 永久的，则该体系便是可塑的，象制陶黏土及金属等均有 此性质。
通常认为分散体系的可塑性质是由不对称性粒子的网状结 构引起的，要使体系流动必须破坏网状结构。所以切力要 超过屈服值以后，体系才开始流动，随着切力的增加，结 构不断被破坏，表现出来的粘度也下降。
流变学PPT课件
18
（4）.电流变学
•
电流变学是研究在电场作用下流体的一些特殊运动规
律，探讨在电场作用下流体的电学、力学、化学及物理学
性能。这些研究必将扩充流变学的现有领域，形成一门新
的学科。利用电流变液体的表观粘度和抗剪强度可实现快
• —布朗运动（1826，英国植物学家，显微镜+水中花粉）
4
• 对于非牛顿流体，也可类似于牛顿流体，把切应力和应变 速率之比定义为非牛顿流体的表观粘度或称粘度函数。根 据在简单剪切流中非牛顿流体的粘度函数是否和剪切持续 时间有关，可以把非牛顿流体分成两 类：非时变性非牛 顿流体和时变性非牛顿流体。
16
•
由于高分子量和液晶相序的有机结合，液晶高分子具有一些优异
特性，拥有广泛的应用前景。例如，它是强度和模量最高的高分子，
能用于制造防弹衣、缆绳乃至航天器的大型结构部件；它可以是膨胀
系数最小的高分子，适于光纤的保护层；也可以是微波吸收系数最小
的耐热性高分子，特别适合制造微波炉具；它还可以是最具铁电性及
6
• 2) 剪切稀化流体(也称伪塑性流体)。 这种流体没有屈服值，表观粘度随剪切速率增加而减小。这种 粘度随剪切速率增大而减小的现象称为剪切变稀现象，大多数 高分子溶液和乳状液具有明显的假塑性。
3) 剪切稠化流体(也称膨胀型流体)。 与假塑性流体相反，膨胀流体的表观粘度随切变速率增加而增 大，这种现象称为剪切增稠现象。一些浓稠悬浮体、蛋白质及 某些高分子溶液可表现出切力增稠现象.
调。磁流变液的优良特性使其在航空航天（真空中）、
武器控制、机器人、噪声以及汽车、船舶与液压工程等领 域具有广阔的应用前景。
不对称鱼嘴构造研究
第27卷 第2期2004年6月东 华 理 工 学 院 学 报JOURNAL OF EAST CHINA INSTITUTE OF TECHNOLOGYVol.27 No.2Jun.2004收稿日期：2003-10-20基金项目：国家自然科学基金资助项目“香肠构造流变计研究”成果（49972068）作者简介：吴武军（1976—），男，现从事构造地质学方面的研究工作。
不对称鱼嘴构造研究吴武军1，2 曾佐勋1，2 刘立林1，2（1.中国地质大学地球科学学院，湖北武汉 430074；2.华中构造力学研究中心，湖北武汉 430074）摘 要：比较对称型鱼嘴构造和不对称鱼嘴构造的形成机制，建立鱼嘴构造类型与剪切作用方式之间的关系，认识到剪切作用方式是产生对称和不对称鱼嘴香构造的外在原因。
运用应变分解的原则，提出计算不对称鱼嘴构造纯剪切应变和简单剪切应变的方法，在此基础上提出了计算不对称鱼嘴构造的剪切应变计；并在前人研究基础上，分析了不对称鱼嘴构造的应变折射现象，认识到基质与能干层的粘性差异是产生不对称鱼嘴构造的内在动因，提出了计算相邻介质的粘度比的新方法，在此基础上提出了不对称鱼嘴构造的应变折射流变计。
关键词：不对称鱼嘴构造；剪切作用；应变折射；流变计中图分类号：P541 文献标识码：A 文章编号：1000-2251（2004）02-158-04 鱼嘴状石香肠构造是各种香肠构造类型中较为独特的一种，是在能干层和基质存在较大能干性差异的条件下，岩层受到垂直层面或与层面大角度相交的应力作用，导致先期形成的断裂石香肠的断裂面产生弯曲，进而在剖面上呈现向香肠体内凹进的形态，因其在剖面上近似于鱼嘴的形态，因此被形象地称为鱼嘴构造。
香肠构造的发现和研究历史是漫长的。
Cloose （1947）第一次揭示了香肠构造形成的原因，此后，在香肠构造的形态描述、类型分类、空间关系确定、区域构造解析上取得了一系列进展（马杏垣，1965；威尔逊等，1989；刘如琦等，1963），然而这些几何学的描述并不能完全解决香肠构造形成的内在原因———岩石流变性质的差异。
流变学
v x v x v x v x p xx yx zx ( vx vy vz ) ( ) g x t x y z x x y z
11 12 13 p 21 22 23 0 31 32 33 0
11
0
p
0
0 0 p
11 0 0 0 12 0 0 0 13 0 0 0 0 22 0 21 0 0 0 0 0 0 0 23 0 0 33 0 0 0 31 0 0 0 32 0
流变学基础
POLYMER RHEOLOGY
流变学概念
1、流变学是什么？流变学是一门研究材料流动和变形规律的科学。 高分子材料流变学是研究高分子液体，主要是指高分子熔体、高分 子溶液，在流动状态下的非线性粘弹行为，以及这种粘弹行为与材 料结构及其它物理、化学性质的关系。
流动 流体 粘性 耗散能 量 产生永 久变形 时间过 程 牛顿定 律
应变速率张量
V x 2 x V y V x x y V z V x x z
V y V x y x V y 2 y V z V y y z
任一瞬间流体的运动可以分解为以下四种运动：
1、平动 2、整体刚性转动 3、产生拉伸应变速率的运动 4、产生剪切应变速率的运动
I xx yy zz
流变学测量方法简介doc
流变学测量方法 简 介
奥地利安东帕有限公司 (Anton Paar GmbH)
流变学测量方法简介
目
录
一. 流变学基本概念 ....................................................................................................................... 2 1.1 流变学研究的内容 ........................................................................................................... 2 1.2 剪切应力与剪切速度 ....................................................................................................... 2 1.3 粘度 ................................................................................................................................... 2 1.4 流体的分类 ....................................................................................................................... 2 1.5 影响材料流变学性质的因素 ........................................................................................... 4 二. 流动特性的研究 - 旋转测量 ..................................................................................................... 6 2.1 旋转测量的目的 ................................................................................................................ 6 2.2 旋转测量的方法 ................................................................................................................ 6 2.3 旋转测量中的几种分析模型 ............................................................................................ 7 三. 变形特性的研究 – 振荡测量 ................................................................................................... 9 3.1 振荡测量的原理 ................................................................................................................ 9 3.2 振荡测量的方法 .............................................................................................................. 10 3.3 振荡测量中的几种分析方法 .......................................................................................... 12 四. 化学反应过程中的流变测试................................................................................................... 13 五. 温度变化过程中的流变测试................................................................................................... 14 5.1 粘温曲线测量 .................................................................................................................. 15 5.2 凝固、熔融过程 .............................................................................................................. 15 5.3 有化学反应的相转变过程 .............................................................................................. 15 5.4 DMTA 测量 ...................................................................................................................... 16 六. 流变测量指南 .......................................................................................................................... 17 6.1 测试系统的选择 .............................................................................................................. 17 6.2 旋转测试 .......................................................................................................................... 17 6.3 振荡实验 .......................................................................................................................... 18
流变学概述
化妆品乳液、番茄酱放置时粘稠，振摇后变稀； 圆珠笔写字、油漆未干而不流下、牙膏给予压力后 从管中挤出。 在药剂学当中混悬剂、乳剂的稳定性，软膏的涂 布性，液体制剂的易于服用，这些均应从流变学的 观点进行探索。
一．变形与流动
主研究物质的变形和流动的一门科学
流变学——来源于希腊，由Bingham和Crawford 为了表示液体的流动和固体的变形现象而提出来 的概念。 变形：对某一物体施加压力时，其内部各部分 的形状和体积发生变化的过程。主要与固体的性 质相关。 应力（Stress）：对固体施加外力，则固体内部 存在一种与外力相对抗的内力使固体恢复原状。 此时在单位面积上存在的内力称为应力。
1 mPa.s = 1 cP
二．弹性与黏性
在流速不太快时，可将流动着的液体视为互相平行移 动的液层叫层流（如下图），由于各层的速度不同，便形 成速度梯度du/dy，这是流动的基本特征。
表征体系流变性质的两个基本参数：
1. 在单位液层面积（A）上施加的 使各液层间产生相对运动的外力称 为剪切应力，简称剪切力（sheari g force）,单位为N/m2，以S表示。 2.剪切速度（rate of shear）， 单位为S-1，以D表示。
基本概念剪切应力shearstressappliedforceperunitareapa剪切应力pastationaryplatemoveableplatedistanceforcedynes单位面积所受的剪切力theappliedforceperunitareapa基本概念剪切应变shearstrain剪切应变shearstrain被简称为应变strain无量纲常常用表示剪切应基本概念剪切速率shearrate剪切应变速率shearstrainrate或者剪切速率shearrate表示剪切应变快慢1剪切速剪切粘度shearviscosity粘度越小越容易流动水等剪切粘度剪切应力施加外力剪切速率运动速度pascalsecondpassicp二
流体力学知 识之一流变 学起源及研 究对象
流体力学知识之一：流变学起源及研究对象1920年间，美国印第安纳州Lafayette学院的宾汉（Bingham）教授对油漆、糊状粘土、印刷油墨等的流动性感兴趣，认识到物质的变形和流动科学的重要性。
1928年他邀请巴勒斯坦的雷纳（Refiner）教授到美国作为访问学者工作一段时间。
在接风洗尘的宴会上，Bingham对Refiner说：“我，一个化学家，和你，一个土木工程师，一起工作解决共同的问题，随着胶体化学的发展，这种工作方式将会变得更加平常，因此，需要建立一个物理分支来处理这类问题。
”Refiner告诉他，这样的分支是存在的，并且作为连续介质力学而被人们所认识。
Bingham认为这样做并不好，这样会吓跑所有的化学家，需要给它一个新的名字。
他请教了一位当古典文学教授的同事，采用了rheology（流变学）这个名字。
rheo 一词来源于希腊语rheos（流动）之意。
公元前6世纪，希腊哲学家黏拉克利特（Heraclitus) 有句名言“万物皆流”，从自然辩证法的观点来说，自然界的一切物质都在变化，永远静止的物质是不存在的。
rheology定义为流动和变形的科学，其中文译名没有简单的译成“流动学”，而创造性地译成“流变学”，“流”即流动的意思，“变”可以有双关的意思，“变化”或“形变”按照流变学的定义，“形变”可能更确切一些。
流变学形成独立学科是在1929年，流变学是研究材料的流动和变形的科学，它是一门介于力学、化学、物理与工程科学之间的新兴交叉学科。
这里所说的材料既包括流体形态，也包括固体形态的物质。
在常温常压下，物质可分为固体、液体和气体三种状态；特殊情况下，还有等离子态和超固态。
英国物理学家虎克于1678年首先提出了，在小变形情况下，固体的变形与所受的外力成正比。
这一阐述弹性体变形与应力关系的基本规律，称为虎克定律。
英国科学家牛顿在1687年最先提出了流体的应力和应变率成正比，称为牛顿黏性定律，并将符合这一规律的流体称为牛顿流体，其中包括最常见的流体一水和空气，而将不符合这一规律的流体称为非牛顿流体。
初识流变学
初识流变学流变学是机械工程学科中的一个分支，研究物质在外力作用下的形变和流动规律，是现代工程设计和材料技术的重要基础。
如果把物理学比作一座大厦，流变学就像是这座大厦的一个关键支撑柱，为科学技术的发展提供了坚实的理论基础。
流变学的研究范畴非常广泛，它涉及材料科学、化学工程、生物学、医学等多个学科领域，可以解释和描述石油、食品、塑料等各种物质的流动、变形、粘度等现象。
因此，流变学对于新材料的开发、质量控制、加工工艺的优化和创新都有着重要的意义。
那么，流变学又是如何研究物质的形变和流动规律的呢？浆料的流变特性液体和固体都有固有的流动特性。
不难发现，我们平时接触到的液体有的流动性好，有的却黏稠不流畅。
正因为如此，流体的流变特性成为流变学研究的重要范畴之一。
以浆料为例，浆料是指含固相颗粒的复合流体。
商家加工冰激凌就会遇到一个问题，那就是如何使颗粒均匀地分散于糖水内，不会让冰激凌变得夹杂生硬。
而流变学就能提供给你一个合理的选项--在糖浆中添加少量的手掌核山梨醇酯以增强稠度，从而达到口感细腻、甜度合适、口感舒适的目的。
流变学的实验方法一般来说，流变学的研究方法主要分为两种：一是观察流体在外欧所产生的反应，二是制造模拟物质用于实验。
第一种方法利用现成的流体，检测力学性质，例如弹性模量、粘度、剪切模量等，海康威视的企业团建活动时有时候需要粘度究竟如何影响产品功效，流变好坏对于企业的顺利发展来说有着非常重要的影响。
第二种方法则采用材料物理实验，制作各种基准标准物质，运用各种硬件清晰测量一些物质的力学属性和运动状态等信息，用来验证物理性质及其与其它参数之间的库仑共振关系。
流变学在体育中的应用虽然看起来不太相关，但是流变学在体育领域中有非常多的应用，除了我们所知的排球、泳装、滑雪板、豆腐脑包装材料之外，还有一个叫做"人体流变特性"的概念。
人体的流变特性是指神经肌肉系统对于外界门槛的反应。
基于流变学的研究，科学家能精确地测量人体全身和肌肉的收缩和伸张的速度，采取特殊的训练手段达到运动训练效果最佳。
一种恢复岩层初始厚度的新方法--鱼嘴构造研究
一种恢复岩层初始厚度的新方法--鱼嘴构造研究
吴武军;曾佐勋
【期刊名称】《地质与资源》
【年(卷),期】2004(013)001
【摘要】根据发育程度,将鱼嘴构造划分成A、B、C、D、E五种基本类型,研究了鱼嘴构造的形态特点以及鱼嘴的周缘长度与岩层初始厚度之间的关系,利用物理模拟的手段,模拟出B、C两种类型的鱼嘴构造,相应地得出了利用这两类鱼嘴构造恢复岩层初始厚度的系数k1、k2,并成功地运用于实际岩石能干层初始厚度恢复.【总页数】4页(P35-38)
【作者】吴武军;曾佐勋
【作者单位】中国地质大学,地球科学学院,湖北,武汉,430074;华中构造力学研究中心,湖北,武汉,430074;中国地质大学,地球科学学院,湖北,武汉,430074;华中构造力学研究中心,湖北,武汉,430074
【正文语种】中文
【中图分类】P542
【相关文献】
1.恢复地层剥蚀厚度的一种新方法--包裹体测温法 [J], 赵力彬;黄志龙;高岗;李君
2.基于地震资料的构造-沉积综合分析法--一种剥蚀厚度恢复新方法 [J], 胡少华
3.一种利用断裂石香肠恢复岩层原始厚度的方法 [J], 徐云峰;曾佐勋;吴武军
4.最大转动角梯度准则在断层预测中的应用研究(Ⅰ)─—断层构造转动和形变的度
量及变形岩层初始位形的恢复 [J], 徐志斌;谢和平
5.利用鱼嘴构造恢复岩层初始厚度的初步方法 [J], 吴武军;曾佐勋;刘立林
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7 流变学基础
粘性流动
• 如果立方体是粘性液体，当我们施加一个力时，我们就 得到一个恒定的流动而不是一个形变
• 这个流动能够描述为应变随时间变化的函数关系
Force, F
Constant velocity, v h
剪切速率
• 应变（ STRAIN ）的变化速率称为剪切应变速 率（shear strain rate）或剪切速率（SHEAR RATE）
• 在制剂中表现为塑性流动的剂型有浓度较高的乳 剂和混悬剂。
（二）假塑性流动（pseudoplastic flow） 随着S值的增大粘度下降的流动现象称为假塑性流动。
D
1
a
S
n
(n
1)
（c）假塑性流动
式中，ηa ——表观粘度（apparent viscosity）。 假塑性流动的特点：没屈伏值；过原点；切应速度增大， 形成向下弯的上升曲线，粘度下降，液体变稀。
– Pascal second - Pas (SI)
– Poise
- P (CGS)
• 单位换算:
– 1 Pas = 10 P 或 1 mPas = 1 cps
高
储藏
运输
沉降
下垂 流平
流变仪 浸渍
粘度
低 10-6
粘度计
混合
挤出 泵输送 刷涂
辊涂
1 剪切 速率s-1 (或 应力)
喷溅 反向印刷
106
h
粘性流动
• 如果立方体是粘性液体，当我们施加一个力时，我们就 得到一个恒定的流动而不是一个形变
• 这个流动能够描述为应变随时间变化的函数关系
Force, F
Constant velocity, v h
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第20卷第9期2005年9月地球科学进展ADVANCES I N E ART H SC I ENCEVol.20 No.9Sep.,2005文章编号:100128166(2005)0920925207鱼嘴构造流变计研究与基于流变学的分类方案3吴武军1,曾佐勋2,朱文革3(1.中国石油天然气勘探开发研究院西北分院,甘肃 兰州 730020;2.中国地质大学地球科学学院;湖北 武汉 430074;3.甘肃省国土资源厅,甘肃 兰州 730000)摘 要:如同膨缩型香肠构造一样,鱼嘴石香肠构造是存在岩石流变性差异的能干层与基质在纯剪切作用机制下形成的构造形迹。
在深入研究鱼嘴构造形态与能干层基质流变性差异的基础上,运用物理模拟的方法,模拟出不同形态的鱼嘴香肠构造,反演出能干层基质粘度比与香肠形态之间的关系,进而得出一种关于鱼嘴香肠构造的经验流变计。
认识到鱼嘴构造的纯剪切作用机制及其平面应变的特点,通过对香肠现有的几何参数的测量和计算以及对香肠构造演化初始阶段几何参数的恢复,在合理假设的理想状况下,推导出鱼嘴构造的应变差折射流变计。
鱼嘴构造是流变行为下应变的结果,因此这种构造行迹不仅有几何学意义,更折射出流变学意义。
在模拟实验与野外考察的基础上提出了一种基于流变学与剪切作用机制的鱼嘴构造分类方案。
关 键 词:鱼嘴(香肠)构造;物理模拟;应变差折射;流变计中图分类号:P51 文献标识码:A 鱼嘴状石香肠构造是香肠构造各种类型中较为独特的一种,是在能干层和基质存在较大能干性差异的条件下,岩层受到垂直层面或与层面大角度相交的应力作用,导致先期形成的断裂石香肠的断裂面产生弯曲,进而在剖面上呈现向香肠体内凹进的形态,因其在剖面上近似于鱼嘴的形态,因此被形象地称为鱼嘴构造(图1)。
香肠构造的发现和研究历史是漫长的,Cl oos[1]第一次揭示了香肠构造形成的原因,此后,在香肠构造的形态描述、类型分类、空间关系确定、区域构造解析上取得一系列进展[2～4],然而这些几何学的描述并不能完全解决香肠构造形成的内在原因———岩石流变性质的差异。
岩石流变学的发展,为香肠构造、褶皱构造以及窗棱构造的深入研究开辟了新的天地;随着流变学在地质中的应用,香肠构造形成的内在动因———能干层与基质的流变性差异逐渐被重视,因此,依据香肠体的形态,诸如波长厚度比等参数估计岩石的古流变参数[5,6],依据对香肠构造形图1 鱼嘴构造演化模式图(W eg mann1932)F i g.1 Evoluti onary m odel of f ish head成应力的分布估计矿体、矿脉的展布,进行有限应变的测量并结合区域构造的解析[7,8],甚至联系岩石圈厚度的厚薄不均的现象,将岩石圈作为全球尺度3 收稿日期:2005201204;修回日期:2005205211.3基金项目:国家自然科学基金项目“香肠构造流变计研究”(编号:49972068)资助. 作者简介:吴武军(19762),男,湖北通城人,硕士研究生,主要从事构造地质研究.E2ma il:richard_wwj@t 的肿缩型香肠构造,并对岩石圈和地幔的流变性质做出估计。
地质学家们早就发现香肠构造的形体特征折射出丰富的流变学信息,最早是一种定性的判断,地质学家们认为香肠构造是由于相邻岩石的韧性差异造成的,并进一步指出:断裂石香肠的能干层与基质的韧性差异最大,肿缩型石香肠的最小,鱼嘴型石香肠次之。
Ra mberg[5]提出的褶皱的主波长理论开启了岩石流变定量计算的大门,S m ith[8,9]则将褶皱、香肠构造、窗棂构造统一到主波长理论中:能干层和基质的能干性差别较大,且二者不是明显的非线性时, S m ith等推导出了膨缩石香肠构造主波长公式:λ=2πH1×3η16η2(1)Fletcher[10]和S m ith[9]推导出幂率流体的能干层褶皱和膨缩石香肠构造的主波长厚度比公式:λ/h0=3.46n M16n L13m13(2)式中λ/h为能干层主波长厚度比,m为能干层对基质的粘度比,nL 和nM分别为能干层和基质的应力指数。
他的利用肿缩型石香肠求取岩石的古流变参数的理论和实践都是开拓性的。
Passchier[11]认为膨缩石香肠构造可以判别岩石的非牛顿体性质;曾佐勋等[12,13]把它推进了一步,从石香肠构造的几何特征进行流变参数的定量反演,当能干层与基质的能干性差异较大,并且基质的粒度很小时,根据固态流变理论,基质在构造变形时可表现为扩散蠕变的特性,即应力指数为1;因此可以得到以下公式[12,13]:n L=lg((h0-h)/Δh0)/lg(h0/h)+1(3)其中Δh为能干层初始扰动,h为膨缩石香肠颈缩处厚度,h为初始厚度。
曾佐勋等[12,13]利用香肠构造流变计,在北京西山和川西北黑水—平武地区获得了某些岩石的流变参数。
前人的这些研究成果给予笔者很大的启示,就是牢牢抓住香肠构造的几何学特征,进而从这些特征中归纳出普遍性的规律。
但是,他们的研究还只是集中在肿缩型石香肠这一特定的构造。
笔者认为,既然鱼嘴型石香肠构造与肿缩型石香肠构造有着相似的成因,其流变学意义也是有待深入挖掘的。
在实际操作过程中,笔者利用高分子流变材料模拟出不同形态的鱼嘴构造,在从这些鱼嘴构造中总结出定量关系进而推广到实践中去。
在从这些鱼嘴构造中总结出定量关系进而推广到实践中去。
1 鱼嘴构造的经验流变计构造流变计研究关键在于建立构造形态即构造的几何参数和流变参数之间的联系,进而在这种联系中归纳总结出量的关系。
而在这其中,需要考虑构造变形的情况下,构造模拟实验对于重现构造变形过程、状态又是不可或缺的。
考虑到鱼嘴构造的纯剪切作用机制,笔者设计了相应的实验装置(图2)。
应用此装置可以模拟鱼嘴构造的初始形态即矩形块体的变形过程和状态。
实验材料采用的是中国地质大学(武汉)构造模拟实验室研制的高分子流变材料,流变材料的主要成分是在聚甲基乙烯基(分子量61万,挥发份1.43%,乙烯基含量0.15 mol%)中填充颜料、滑石粉、二氧化硅、二氧化钛、碳酸钙等组分按一定的比例配制。
鱼嘴构造的应变意义及应变测量和计算笔者已作过研究[14],这里主要探讨其流变学的特点和意义。
在模拟实验中,我们选用不同的流变材料作为能干层和基质(实验数据见表1),在纯剪切机制的作用下,初始的矩形块体在剖面上呈鱼嘴形态,对鱼嘴构造的物理模拟使得建立鱼嘴形态(几何参数)和能干层基质粘度比(流变参数)成为可能。
我们对鱼嘴构造的形态进行了仔细的研究,发现鱼嘴构造的形态很大程度上受到鱼嘴的宽度和其图2 模拟实验装置F i g.2 Exper i m en t a l appli ca ti on of m odeli n g表1 实验数据列表Table1 Table of exper i m en t a l da t a实验编号能干层粘度(Pa・s)基质粘度(Pa・s)能/基粘度比鱼嘴宽度/深度M1+M2(A)5.8×1059.6×1046.07.4M1+M3(B)5.8×1051.1×1055.34.1M1+M6(C)5.8×1052.5×1052.322.64M8+M4(D)3.5×1052.0×1051.750.57629 地球科学进展 第20卷“喉”的深度的影响。
为了便于用数值的形式定量描述鱼嘴构造的鱼嘴形态,在此,我们引入鱼嘴宽度与深度的概念,并以其比值h /d 来描述鱼嘴的形态(图3)。
在鱼嘴构造的物理模拟,我们已经提到,鱼嘴的形态与基质以及能干层的粘度之间有一定的关系,即,能干层与基质的粘度比越大,能干层的变形较不明显;反之能干层与基质的粘度差异越小,能干层的变形越大。
我们试图从中找出规律性,为此,我们选用了4个比较成功的模拟实验(图4),这4个模拟实验可代表不同形态的鱼嘴构造。
我们用ηL 表示能干层的粘度,用ηM 表示基质的粘度,得出能干层与基质粘度比与鱼嘴形态上的h /d 比值的关系(图5)。
ηL /ηM 值与h /d 比值的这种单调关系是很符合实际的,在实践中我们可以利用这种关系进行能干性对比、排序、比值求取等方面的工作。
2 鱼嘴构造的应变差折射流变计应变差折射流变计是根据界面两侧岩石的应变差求取岩石粘度比的方法,这是对应变折射流变计的改进和拓展,可以将以往只适合简单剪切变形条件扩展到了纯剪切应变条件。
在此之前,曾佐勋利图3 香肠体参数h /d 示意图F i g .3 Sketch of the param eter h /d of f ish head boud in图4 4种不同鱼嘴构造形态实验图片F i g .4 Exper i m en t a l p i ctures of the four types of f ishhead图5 材料流变参数与香肠形态关系图F i g .5 Rel a ti on sh i p between rheolog i c param eter ofma ter i a l and shape of f ish head boud i n用反向轮法,在显微尺度上对北京西山的多种岩石的粘度比进行了测定,他还提出可以将尺度放大到手标本的观点。
考虑到对称鱼嘴构造是一种典型的纯剪切作用机制,并有了前面形态研究及能干层厚度恢复的基础[14],因此,笔者提出对称鱼嘴构造的应变差折射流变计。
前面的利用鱼嘴构造恢复能干层初始厚度的研究为全面恢复鱼嘴构造及基质变形前的几何形态进而进行几何学对比提供了可能。
为了论述的方便,我们定义如下的香肠及基质变形前后的几何参数:能干层初始厚度为h 0,基质初始厚度为H 0,多个矩形块体的长度为l 1′、l 2′、l 3′…l n ′,基质初始长度为L 0,鱼嘴构造的厚度为h ,多个鱼嘴构造的长度(喉与喉之间的距离,据Ra m say 《现代构造地质学方法》应力应变分册)为l 1、l 2、l 3…l n ,多个鱼嘴构造的XZ 方向上的面积为S 1,S 2,S 3…S n ,变形后基质的长度与厚度为H 和L (如图6)。
基于此,我们建立如下假设:(1)鱼嘴构造刚开始演化时,能干层为断而裂开的矩形块体。
(2)能干层与基质的原岩均为沉积岩层,故变形开始时,能干层与基质在长度上相等,即L 0=l 1′+l 2′+l 3′+…+l n ′(3)由于纯剪作用平面应变的特殊性,香肠构造及基质变形前后XZ 方向上面积相等。
在实践中变形后香肠体的长度、厚度、面积,变729第9期 吴武军等:鱼嘴构造流变计研究与基于流变学的分类方案 图6 对称鱼嘴构造变形前后比较示意图F i g.6 Co m para ti on sketch of f ish head boud i n before defor ma ti on and after形后基质的长度、厚度、亦可以在剖面上直接测量,那问题的关键就在于如何求取香肠体变形前的几何参数了。