Рис. 1.7. Схема тела Кельвина (а) и зависимость
его деформации от времени при σ=const (б)
Тело Кельвина представляет собой систему параллельно соединенных тел Ньютона и Гука (рис. 1.7). Напряжение σ равно сумме напряжений в теле Ньютона – σ1 и в теле Гука – σ2: ; и .Так как элементы соединены параллельно, то их деформации равны, т.е. С учетом этих выражений получаем дифференциальное реологическое уравнение тела Кельвина.
, или . (1.11)
При σ=const уравнение (1.11) – линейное дифференциальное уравнение первого порядка с постоянной правой частью.
Примем , .
; ; ;
; ; .
; ;
.
Мгновенное приложение нагрузки при t=0 не может вызвать соответствующую деформацию тела Гука, так как параллельно соединенное с ним тело Ньютона не дает ему мгновенно деформироваться. Поэтому ε=0 при t=0. С учетом этого имеем . Тогда
. (1.12)
Из (1.12) видно, что с ростом времени ε монотонно растет, стремясь к при t . Если при t=t1 снять нагрузку, то деформация будет монотонно уменьшаться, стремясь к нулю.
Так как мгновенная деформация тела Кельвина невозможна, решение по (1.11) при =const не проводится.
Тело Бингама (В-тело)
Тело Бингама представляет собой совокупность параллельно соединенных тел Сен-Венана и Ньютона (рис. 1.8).
Рис. 1.8. Схема тела Бингама (а) и изменение деформации
тела Бингама (б) при τ = const
При τ<τs скорость деформации тела Сен-Венана равна нулю. Поэтому равна нулю и скорость деформации тела Ньютона, а также всего тела Бингама.
При ττs напряжение тела Сен-Венана равно τs, а напряжение тела Ньютона – τN=τ–τs. Тогда реологический закон тела Бингама имеет вид
, или .(1.13)
При τ<τs ε=0. При ττs , или . При t=t1 в теле будет остаточная деформация .
По типу тела Бингама ведут себя вязкопластические жидкости, к которым относятся концентрированные суспензии. К этим же телам можно отнести сплавы внутри интервала кристаллизации вблизи температуры ликвидуса. В этом случае сплавы представляют собой суспензию, количество твердой фазы в которой для бинарных сплавов можно определить по правилу рычага. Величина предельного касательного напряжения τs и структурная вязкость η зависят от количества и формы выделений твердой фазы. При некотором количестве твердой фазы, соответствующем температуре нулевой жидкотекучести, напряжения, развиваемые активными силами, движущими поток сплава в форме, становятся меньше τs. При этом происходит остановка потока сплава.