Реологічні властивості матеріалів (пружність, пластичність і в'язкість) описують характером залежності напруги від деформації. Під деформацією розуміється зміна форми і (або) обсягу тіла без порушення його суцільності. Перебіг - про-процес безперервного зростання деформації в часі без збільшення навантаження. Деформації бувають оборотними (зникаючими після зняття навантаження) і незворотними (залишковими або пластичний-ськими).
Оборотними є пружні і еластичні деформації. Їх природа різна. Пружні деформації обумовлені зміною відстані між атомами, а еластичні - зміною кон-формації макромолекул полімерів (див. Підрозд. 14.4). Остаточ-ні деформації в кристалічних тілах виникають в результаті ковзання дислокацій за рахунок послідовного перескоку ато-мов зі свого місця на сусіднє. Це призводить до необоротного зсуву одних частин кристала по відношенню до інших годину-тям.
Будь-яку деформацію, незалежно від того, відбувається вона при розтягуванні, стисненні, вигині або крученні, можна розкласти на дві складові: зміна обсягу і зміна форми. При всебічному рівномірному стисненні або розтягуванні все ма-ли поводяться однаково - як пружні тіла. Отже, за характером деформації обсягу тіла невиразні. Зміна ж форми в залежності від навантаження визначається трьома фундамен-тальних властивостями, притаманними всім без винятку матері-алам: пружністю, пластичністю і в'язкістю.
Кожне з цих властивостей окремо описують законом по-ведення деякого ідеального тіла, еквівалентом якого мо-же бути механічна модель.
Деформація формозміни - це деформація зсуву у, кото-раю дорівнює відношенню зміщення двох точок елемента уздовж осі х до відстані між ними по осі у: у = X / Y = tg (3 (рис. 2.9, а).
Закон пружності Гука. Закон пружності Гука - це закон пря-мій пропорційності між напругою і деформацією, характерний для ідеально пружного тіла, моделлю якого є-ється спіральна пружина (рис. 2.9, б, в):% = Gy; G = tga, де G - модуль пружності при зсуві, рівний тангенсу кута нахилу гра-Фіка залежності т = / (у). Модуль пружності залежить тільки від властивостей даного матеріалу і є однією з його характерис-тик.
Закон пластичності Сен-Венана -Кулона. Деформація идеаль-но пластичного тіла відсутня (у = 0) при напрузі зсуву менше межі текучості (т <тт). При достижении предела теку-чести (т = тт) возникает течение материала с той или иной скоро-стью у ft, где / — время. Скорость деформации у/ / реальных тел при т = const зависит от их вязкости. Моделью идеально пластич-
Мал. 2.9. Деформація зсуву (а), модель ідеально пружного тіла Гука (6) і залежність напруги в тілі Гука від деформації зсуву (в)
ного тіла є елемент тертя (рис. 2.10, а). Поки сила, сдви-гающих предмет, не перевищить силу тертя тт, руху не про-виходить (рис. 2.10, б). Межа плинності є характеристикою пластичності матеріалу.
Закон в'язкості Ньютона. Уявімо рідина, що знаходиться в проміжку товщиною Yмежду двома пластинами дорівнює площі А (рис. 2.11, а). Нехай верхня пластина під дією сили Fдві-жется в напрямку осі х зі швидкістю і. В результаті тертя пластина захоплює за собою рідину, яка тече ламінарно (пошарово), причому шари рідини рухаються з різною швидкістю і (у), що залежить від координати у. Між шарами діють сили тертя, які тим більше, чим сильніше розрізняються швидкості шарів. Ця різниця швидкостей характеризують відношенням і / Y.
Відповідно до закону Ньютона в разі ідеальної (ньютонівської) рідини напруга тертя між шарами (або рівне йому напругу зсуву т - F / А) прямо пропорційно і / Y т = ги / Y. Оскільки і - X / t, то: і / Y - Х / t / Y = у / Г. Таким чином, напругу зсуву прямо пропорційно швидкості зсувної дефор-мації: т = цу / t.
Коефіцієнт пропорційності г називається динамічн-ським коефіцієнтом, в'язкості. Він залежить тільки від властивостей жид-кістки і її температури. Із закону Ньютона випливає, що єдині-цей вимірювання т | в системі СІ є паскаль-секунда (Па • с). В системі СГС за одиницю в'язкості прийнятий пуаз (П) (1 Па • с = = 10 П). В'язкість води при 20,5 ° С дорівнює 1 сп (1 сп = 0,01 П). Для повітря р = 0,02 сп.
Деформація ньютонівської рідини при т = const прямо про-пропорційна часу і не обмежена в часі: у = (x / p) t.
Величина, зворотна в'язкості (1 / р), в разі рідин називаються ється плинністю, а в разі висококонцентрованих коагу-ляціонному структур - рухливістю.
Моделлю ідеально в'язкого тіла є пристрій, відбутися у-ящее з циліндра з в'язкою рідиною і поршня з отвору-ми в днище (рис. 2.1 1, б). При переміщенні поршня рідина перетікає через отвори з однієї частини циліндра в іншу. Чим менше в'язкість рідини, тим швидше вона перетікає і тим швидше рухається поршень при цьому зусиллі. Графік за-
залежності швидкості деформації від прикладеної напруги (рис. 2.11, в) являє собою пряму лінію, котангенс кута нахилу якої дорівнює коефіцієнту в'язкості: т | = Ctga; при цьому т | = Const.
Реологічні властивості реальних структур. Сталість ц ха-рактерно тільки для ідеальних (ньютоновских) рідин. Для реальних речовин т | залежить від напруги або швидкості зсуву (рис. 2.11, г, д). Серед будівельних матеріалів більшість ко-агуляціонних структур характеризуються кривою 6. Специфічною властивістю таких структур є тиксотропия - здатність структури після руйнування в результаті перемішування само-довільно відновлюватися. Наприклад, цементне тісто при перемішуванні зменшує свою в'язкість (розріджується), а залишати-ленне в спокої тісто повертається в початковий стан. Спосіб-ність коагуляційних структур до самовідновлення дозволяє перемішувати, укладати і ущільнювати будівельні суміші без втрати кінцевої міцності матеріалів.
Моделювання реологічних властивостей реальних тіл можна про-переводити за допомогою різних сполучень розглянутих иде-альних моделей. При послідовному з'єднанні елементів (G- V-N) загальну напругу моделі дорівнює напрузі в кожному з них: т = тс = tv = xN, а деформація і швидкість деформації моделі складаються з відповідних значень для елементів: Y = Yc + lv + In ', у / t = (у / t) G + (у / 1) v + (у / 1) N. При паралельному з'єднанні елементів (С || До || Д /) Т = Тс + Тк + Т№ у = Ус = Ук = УДГ,
у / 1 = (у / t) G = (у / t) v = (y / t) N.