Reologija

Straipsnis iš Vikipedijos, laisvosios enciklopedijos.
Peršokti į: navigaciją, paiešką

Reologija – mokslas, tiriantis medžiagų deformaciją ir takumą. Ji tyrinėja ne tik skysčius, bet ir pusminkščius, bei kietus kūnus su sąlygomis, kuriomis jie teka, o ne deformuoja tamprumus. Tai priklauso nuo medžiagos, kuri turi sudėtingą struktūrą, įskaitant purvą, nuosėdas, polimerus, maistą, skystus kūnus, ir kitas biologines medžiagas. Šios medžiagos srautas negali būti išskirtas vienos klampumo vertės (pastovioje temperatūroje) – vietoj to, klampumas keičiasi dėl kitų aplinkybių, pavyzdžiui, kečupas gali sumažinti savo klampumą drebėdamas, bet vanduo negali.

Reologijos kilmė[taisyti | redaguoti kodą]

Izaokas Niutonas davė pradžią klampumo sąvokai, kintamųjų klampumo tyrimas taip pat vadinamas Ne-Niutono skysčių mechanika. Terminas reologija buvo įvestas 1920 metais Eugene C. Bingham (Eugene_C._Bingham)profesoriaus Lafayette, kuriam pasiūlymą pateikė kolega Markus Reiner (Markus_Reiner).

Deformacijos sistema[taisyti | redaguoti kodą]

Praktiškai reologija iš esmės susijusi su pratęsimo „klasikiniu“ disciplinos elastingumu ir (Niutono) skysčio mechanika medžiagoms, kurių mechaninis elgesys negali būti aprašytas su klasikinėmis teorijomis. Tai taip pat susiję su prognozės steigimo mechaninių elgesiu (pagal klasikinę mechaninę skalę), priklausomai nuo mikro arba nano medžiagos strukturos, pavyzdžiui, molekulinio dydžio ir polimerų struktūros tirpimo arba dalelių pasiskirstymas kietoje medžiagoje. Kai medžiagos srautas priklauso slėgiui, kuris yra už ploto jėgos. Įvairių rūšių slėgiai ir medžiagos, galinčios greitai reaguoti įvairiais būdais, teorinėje reologijoje yra susiję su jėgomis ir slėgiais.

Klasikinė mechanika Kietoji mechanika arba medžiagų koncentracija Elastingumas
Plastiškumas Reologija
Skysčių mechanika Ne-Niutono skysčiais
Niutono skysčiais

Šioje lentelėje pateikiamos įvairios grįžtamosios ir negrįžtamosios deformacijos sistemos, tiesiniai ir netiesiniai reiškiniai.


Reologija tarsi sujungia nesusijusius plastiškumo ir Ne-Niutono skysčių laukus, pripažindama, kad abu šitie medžiagų tipai negali nutraukti ryšius statiškoje pusiausvyroje. Šia prasme, plastmasinis kietasis kūnas yra skystis. Granuliuota reologija remiasi granuliuotos medžiagos klasikiniu mechaniniu aprašymu.

Viena reologijos užduočių yra empyriškai nustatyti santykį tarp deformacijos ir slėgio, atitinkamai jų dariniams, tinkamais matavimais. Šių eksperimentų metodai yra žinomi kaip reometrija ir yra susiję su tiksliai nustatytu apibrėžimu – reologinių medžiagų funkcija. Tokie santykiai yra tada, kai matematinis apdorojimas pasiduoda metodų nustatymui klasikinėje mechanikoje.

Bazinis modelis[taisyti | redaguoti kodą]

Trys pagrindiniai reologijos modeliai apibūdinantys medžiagų savybes:

Simbolis Priklauso
Elasztikus.PNG
Elast graph.png

Elastingumo modelis[taisyti | redaguoti kodą]

Alternatyvus pavadinimas: Huko modelis

Standus kūnas, kuris yra proporcingas nuokrypio santykiniui mechaniniui įtempiui veikiančiam kūną.

Bazinis modelis

  • tik viena erdvės kryptimi
  • tik ta pačia kryptimi sukelia deformaciją

Tamprumo modulio(Jungo modulio) savybės : įtampiai ir santykinės vertės deformacijos yra susijusios: \sigma = E \cdot \epsilon.

Paveiksle matome, kad ši funkcija yra tiesinė, kurios posvyrio kampas priklauso nuo tamprumo modulio.

Klampumo modelis[taisyti | redaguoti kodą]

Simbolis Priklauso
Viszkozus.PNG
Visco graph.PNG

Alternatyvūs pavadinimas: Niutono modelis

Klampus kūnas, turintis fiksuotą įtampos τ konstanta,\frac{\mbox{d}\epsilon}{\mbox{d}t} greičio srauto reiškinys pagal Niutono dėsnio reikšmes:

\tau = \eta \frac {\mbox{d}\epsilon}{\mbox{d}t} η yra dinaminės klampos koeficientas, santykinė

deformacija dėl išvestinių vadinamas hidrodinaminiu gradientu: \frac {\mbox{d}v}{\mbox{d}l}

Pagal analogiją, skysčiai, kurie skiriasi nuo įprastų, vadinamas Ne-Niutono skysčiais.

Plastikinis modelis[taisyti | redaguoti kodą]

Simbolis Priklauso
Plasztikus.PNG
Plast graph.PNG

Alternatyvus pavadinimas: de Saint Venalas modelis

Deformacija sukurta tik sąlygą, todėl dėl įtampos priežasties ir poveikio yra deformacija. Kasdieniame gyvenime, pavyzdžiui, trinties reiškinys. Taip pat iš plastiko lūžio – Mohr teorijos reiškinys. Be to, plastiškumas – žemės drebėjimo reiškinys, nes nėra laiko funkciją, todėl neįmanoma nuspėti. Alternatyvūs simbolių eskizai: juda du trinties kūnai

  • Plastikiniai elementai standartinėje diagramos taip pat apima du etapus, kuriems nėra būdinga plastiškumas.
  1. Nuo nulio iki didžiausios įtampos padidėjimo,
  2. Plastikas teka išlaikydamas įtampa, kurią turėtų vėl sumažėti iki τ0.

Šis faktas grindžiamas reologijos aksioma. Trečia, kaip 1. ir 2. yra faktiškai elastinės savybės. Taigi modelis bus rodomas tik plastiškas, jei tamprumo modulis E1 ir E2 yra begalybė.

Nedimensiniai skaičiai reologijoje[taisyti | redaguoti kodą]

Deboro skaičiai[taisyti | redaguoti kodą]

Kai reologinis medžiagos elgesys pateikiamas nuo stangrumo iki klampumo, kaip laiko mąsto padidėjimas, galima nustatyti atitinkamą laiko tarpą, kaip medžiagos atsipalaidavimo laiką. Atitinkamai, medžiagos poilsio laiko ir medžiagos deformacijos laiko skalės santykis vadinamas Debora numeriu. Maži Debora numeriai atitinka situacijas, kai medžiaga turi laiko atsipalaiduoti (ir yra klampumo išraiška), o aukštos Debora numeriai atitinka situacijas, kai medžiaga elgiasi gana tampriai. Pastaba, kad Debora skaičiai yra tiesiogiai susiję su medžiagomis, kurių srautas yra ilgo laiko skalės (pvz., Maksvelo skysčio), o ne atvirkščių rūšių medžiagomis (kaip Voigt arba Kelvinas modelis), kurie yra klampūs trumpo laiko skalėje, tačiau tvirtas dėl ilgo laiko.

Reinoldso skaičiai[taisyti | redaguoti kodą]

Skysčių mechanikoje, Reinoldso skaičius yra inercinės jėgos santykio matas (prieš ρ) tamprumo jėgai (μ/L) ir todėl kiekybiškai įvertinus santykinę svarbą šių dviejų rūšių poveikiui atsižvelgiant į srautų sąlygas. Pagal žemą Reinoldso skaičių klampumo poveikio dominavimą ir srautas yra laminarinis, kadangi aukšti Reinoldso inercijos skaičiai dominuoja ir srautas gali būti audringas. Tačiau, kadangi reologija yra susijusi su skysčiais, kurie neturi fiksuoto klampumo, bet tas, kuris gali skirtis priklausomai nuo srauto ir laiko, skaičiavimas Reinoldso skaičiumi gali būti sudėtingas.

Tai yra vienas iš svarbiausių nedimensinių numerių skysčio dinamikoje ir yra naudojamas, paprastai kartu su kitomais nedimensiniais numeriais, suteiktiant galimybę nustatyti dinaminį kriterijų panašumą. Kai du geometriškai panašūs srauto modeliai, o galbūt skirtingi skysčiai, su galimybe skirtingų srautų greičiu, turi tas pačias vertybes ir atitinkamus nedimensinius numerius, kurie dinamiškai panašūs. Paprastai tai pateikiama taip:

 \mathit{Re} = {\rho v_{s}^2/L \over \mu v_{s}/L^2} = {\rho v_{s} L\over \mu} = {v_{s} L\over \nu}

kai:

  • vs – tai skysčio [greitis], [m s-1]
  • L – charakteristikos ilgis, [m]
  • μ – (absoliutus) skysčio [dinamika|dinaminis] [klampumas], , [N s m-2] arba [Pa s]
  • ν – kinematinis skysčio [klampumas]: ν = μ / ρ, [m² s-1]
  • ρ – [skystis|skysčio] tankis,, [kg m-3].

Programos[taisyti | redaguoti kodą]

Reologija taikoma programų inžinerijoje, geofizikoje, fiziologijoje ir farmacijoje. Inžinerijoje, tai paveikia gamybą ir polimerinių medžiagų naudojimą, bet plastiškumo teorija buvo panašiai svarbi metalinių formavimo procesų projektui. Pramonės požiūriu svarbios medžiagos tokios kaip betonas, dažai ir šokoladas turi sudėtingas srauto savybes. Geofizika apima lavos srautą, matuoja standų Žemės srauto medžiagos per ilgą laiko tarpą: tos, kurios rodo klampumo veiksmus. Fiziologijoje, daugelis kūno skysčių turi sudėtingas kompozicijas ir srauto charakteristiką. Visų pirma, yra specialus kraujotakos tyrimas, vadinamas hemoreologija. Bioreologijos terminas vartojamas platesne srauto savybių biologiniuose skysčiuose sfera. Maisto reologija yra svarbi gaminant ir perdirbant maisto produktus.

Reologistas[taisyti | redaguoti kodą]

Reologistas yra tarpdisciplininis mokslininkas, kuris tiria sudėtingas skysčių ar minkštųjų, kietųjų kūnų deformacijos srautus. Tai nėra pirmojo laipsnio objektas, ir nėra bendros kvalifikacijos. Jis ar ji paprastai turi pagrindinę kvalifikaciją, viename iš kelių sričių: matematikos, fizikos mokslų, inžinerinių, medicinos, ar tam tikrų technologijų, ypač medžiagos arba maisto. Reologija gali būti dėstoma bakalauro kurso metu, tačiau profesionalas išplės šias žinias per magistrantūros studijas arba lankydamas kitokius kursus ir prisijungdamas prie vienos iš profesinių asociacijų.

Reometras[taisyti | redaguoti kodą]

Reometeras su cilindro matavimo sistema (kairėje) ir kūginiu / matavimo sistemos plokštelė (dešinėje)

Reometrai yra priemonės, naudojamos apibūdinti reologinių savybių medžiagas, paprastai skysčio ir lydymosi. Šie prietaisai nustato specialias slėgio sritis arba deformaciją į skystį ir kontroliuoja kylančią deformaciją ar slėgį. Prietaisas gali veikti pastovaus arba kintančio srauto rėžimais, susiaurintose ir praplėstose ribose.

Papildoma informcija[taisyti | redaguoti kodą]

Nuorodos[taisyti | redaguoti kodą]

Literatūra[taisyti | redaguoti kodą]

Informacija internete[taisyti | redaguoti kodą]