Теория простой жидкости

ТЕОРИЯ ПРОСТОЙ ЖИДКОСТИ [c.130]

Значительно более общим выглядит предположение о том, что напряжение определяется полной историей деформации (в некотором смысле, который должен быть уточнен). Это предположение служит основой теории простых жидкостей с затухающей памятью, которая будет обсуждаться в этой главе. Предлагаемая теория аксиоматична в том смысле, что она логически вытекает из основополагающих предположений, которые рассматриваются как определения некоторого класса материала (а именно простых Жидкостей с затухающей памятью определенного типа) независимо от того, существуют ли в природе какие-либо материалы, удовлетворяющие этим предположениям. Тем не менее эта теория является настолько общей по своему характеру, что почти все реологические уравнения состояния, описанные в научной литературе, представляют ее частные случаи. Такая общность обеспечивает то, что все результаты, полученные в рамках этой теории, имеют очень широкую значимость. С другой стороны, в рамках общей теории можно решить лишь немногие проблемы механики жидкости, и для рассмотрения практических задач часто требуется использование более специальных основополагающих предпосылок. [c.130]

Этот раздел посвящен физическим понятиям, лежащим в основе теории простой жидкости. Математическая формулировка этих понятий будет дана в разд. 4-3. Обсуждаемые физические понятия имеют форму принципов, которые могут формулироваться либо как постулаты (если предпочесть аксиоматическую точку зрения), либо как более или менее самоочевидные положения, касающиеся поведения реальных текучих материалов (если предпочесть феноменологическую точку зрения). Такими принципами являются [1] [c.130]

Теория простой жидкости [c.132]

Утверждение, что любая простая жидкость изотропна, представляет собой следствие принципа несуществования естественного состояния. Таким образом, теории анизотропных жидкостей, такие, например, как предложенная Эриксеном [2], не входят В рамки теории простой жидкости. Анизотропию можно определить только относительно некоторых предпочтительных направлений и, следовательно, в каком-то смысле относительно естественного состояния, имеющего особое физическое значение это находится в противоречии с принципом несуществования естественного состояния. Разумеется, возможны анизотропные материалы, обладающие текучестью, однако это только подчеркивает несовершенство введенного нами понятия текучести. [c.132]

Развивая далее теорию простой жидкости, мы будем использовать еще два принципа, а именно принцип объективности поведения материала (который уже обсуждался в гл. 2) и принцип внутренних ограничений. Последний может быть сформулирован следующим образом напряжение в материале с наложенными внутренними кинематическими ограничениями определено только с точностью до аддитивного напряжения, которое дает нулевую работу на любом перемещении, совместимом с наложенными ограничениями. [c.133]

При рассмотрении теории простых жидкостей часто встречается ситуация, когда некоторая зависимая переменная (как правило, напряжение) зависит от предыстории одной или нескольких величин (обычно от истории деформирования). Эти предыстории являются функциями времени, и, следовательно, реологическое уравнение состояния имеет форму функционала. [c.140]

В гл. 5 рассматривались результаты применения теории простых жидкостей к ряду реологических течений. В каждом из рассматриваемых случаев задача сводилась к определению нескольких материальных функций, которые следует определять экспериментально при отсутствии вспомогательных допущений. В общем случае нельзя получить теоретических соотношений, касающихся материальных функций для реологических течений различного типа. Напротив, если выбрать частное уравнение состояния, то вид материальных функций можно найти априори, и лишь небольшое число параметров подлежит экспериментальному определению. Кроме того, это позволяло установить определенные соотношения, касающиеся результатов для различных типов реологических течений. [c.210]

Следует заметить, что большинство встречающихся в инженерных приложениях течений кинематически более сложно, чем те, которые были названы реологическими. Для таких течений общая теория простых жидкостей может дать лишь весьма ограниченные (если даст какие-либо вообще) результаты, в то время как часто можно провести анализ этих течений с помощью более специальных уравнений состояния. В гл. 7 будет рассмотрен ряд примеров такого типа. [c.210]

Понятно, что можно представить себе предысторию G (s), которая произвольно близка к предыстории покоя и в то же время имеет произвольно большую скорость деформации. Простым примером такой предыстории является периодическое движение очень малой амплитуды, но очень высокой частоты. Уравнение состояния типа уравнения (6-3.46) предсказывает для такой предыстории нелинейную зависимость т от G (s). Иными словами, уравнение (6-3.46) предполагает, что топология пространства предысторий, в котором функционал непрерывен, имеет иную природу, чем топология, положенная в основу формулировки теории простой жидкости. [c.228]

Поэтому, хотя топология, связанная с уравнением (6-3.46), не является, конечно, физически невозможной, материал, описываемый таким уравнением состояния, не будет удовлетворять большинству общих теорем теории простой жидкости, и термодинамический анализ, проведенный в разд. 4-4, не будет для него справедлив. Кроме того, общая теория функционалов, непрерывных по отношению к топологии, подобной той, которая связана с уравнением (6-3.46), не разработана, так что нельзя сделать никаких общих утверждений, справедливых для такого класса материалов. [c.228]

Если бы имелись экспериментальные данные, подтверждающие справедливость уравнения (6-3.46), следовало бы, конечно, развить соответствующую общую теорию, отличающуюся от теории простой жидкости. Но в действительности дело обстоит не так, и экспериментальные данные доказывают, что уравнение (6-3.46) не описывает истинного поведения полимерных материалов. Обсудим теперь эти экспериментальные доказательства. [c.229]

Если теперь проводить эксперименты с некоторой новой частотой (i i Ф соц, то снова следует ожидать линейного поведения в области низких значений у - Кульминационный пункт состоит в том, что если выполняется уравнение состояния, подобное уравнению (6-3.46) (или, говоря более общим языком, если топология пространства предысторий, в котором функционал Jg непрерывен, определена также и в терминах скорости деформаций), то следует ожидать существования точки разрыва (т. е. точки, начиная с которой наблюдаются отклонения от линейного поведения), соответствующей некоторому критическому значению у или по крайней мере зависящей как от у , так ы от е. В то же время, если выполняются гипотезы гладкости теории простой жидкости, то следует ожидать, что точка разрыва будет соответ- [c.229]

В заключение можно сказать, что уравнения состояния, в которые в явной форме входит скорость деформации, следует всегда рассматривать с большой осторожностью, поскольку они могут относиться к той же категории, что и уравнение (6-3.46), т. е. они могут выдвигать для основного функционала такие гипотезы гладкости, которые находятся в противоречии с соответствующими гипотезами теории простых жидкостей. Конечно, такая проблема возникает не для всех уравнений состояния, содержащих скорость деформации см., например, уравнения (6-3.44) и (6-3.45). Наилучшей проверкой сомнительного уравнения состояния является [c.230]

Действительно, рассмотрим классическое уравнение механической теории простых жидкостей, т. е. уравнение (4-3.12). Пока не сформулированы гипотезы гладкости для функционала невозможно определить, будет ли скачкообразная деформация (и, следовательно, бесконечно большая мгновенная скорость деформации) соответствовать конечному или же бесконечному мгновенному значению мгновенного напряжения. Если сформулированы гипотезы гладкости, такие, как обсуждавшиеся в разд. 4-4, то это неявно предполагает, что скачкообразные приращения деформации и напряжения соответствуют друг другу, т, е, что возможны бесконечные значения мгновенной скорости деформации. [c.243]

Таким образом, рассматривая неньютоновские жидкости, следует выдвинуть соответствующие гипотезы гладкости. Теория простой жидкости позволяет получить определенные результаты, поскольку в ней делаются предположения, касающиеся свойств гладкости определяющего функционала. Конечно, можно допускать существование материалов, которые не удовлетворяют таким гипотезам гладкости. Однако альтернативной теории не существует, поскольку не сформулировано альтернативной системы гипотез гладкости, не говоря уже о трудностях, связанных с получением такой альтернативной системы. Ряд результатов (таких, в которых материальные функции могут быть определены из некоторых течений с предысторией постоянной деформации) можно получить без формулировки какой-либо гипотезы гладкости, но далее надо либо следовать теории простой жидкости, либо же выдвигать альтернативную теорию. [c.244]

Мы выяснили, что уравнения типа (6-4.47), не допускающие существования импульсов деформаций, не охватываются общей теорией простых жидкостей с затухающей памятью, и ввиду сказанного выше они не могут следовать из любой общей теории. Разумеется, когда они уже записаны, эти уравнения вполне законны и определяют свою собственную топологию. Вопрос состоит в том, существуют ли какие-либо реальные неньютоновские жидкости, которые описываются уравнениями такого типа. [c.244]

Проверить, будет ли уравнение (6-4.27) удовлетворять гипотезам гладкости теории простой жидкости. [c.251]

Как обычно, за исключением приближения медленных течений, эти материальные функции не могут быть определены в рамках общей теории простой жидкости. Однако они легко определяются при выборе частного уравнения состояния. [c.291]

В приведенных выше рассуждениях не предполагалось, что существование любого механизма затухания обусловливает невозможность появления разрывов. В действительности волновое уравнение с затуханием (уравнение (7-7.10), приводимое ниже) допускает разрывные решения любого порядка. Теория простых жидкостей с исчезающей памятью, удовлетворяющая обсуждавшимся в разд. 4-4 гипотезам гладкости определяющих функционалов, была действительно применена в работе [40] к изучению распространения волн, где были получены очень интересные результаты. В таких жидкостях возможно не просто распростра- [c.293]

В 1968 г. за рубежом была издана книга Физика простых жидкостей — коллективная монография, отдельные главы которой написаны крупными специалистами в соответствующих областях. В книге рассмотрен широкий круг вопросов, относящихся к теории простых жидкостей, экспериментальным методам изучения структуры и характера теплового движения молекул, фазовым превращениям, машинному эксперименту. Эта книга издана в русском переводе в двух частях. В первую часть, выпущенную в свет в 1971 г. [2], включены девять глав (из шестнадцати), посвященные в основном теории простых жидкостей. Настоящая, вторая часть содержит перевод остальных семи глав, в которых освещаются результаты исследования структуры и характера теплового движения молекул рентгено-и нейтронографическим методами, методом молекулярного рассеяния света, вопросы молекулярной акустики, физические явления вблизи критической точки, изотопические эффекты в жидком аргоне. Сюда же включен фундаментальный обзор по применению метода Монте-Карло к изучению простых жидкостей. В целом обе части монографии дают достаточно полное представление о современном состоянии физики жидкостей и перспективах ее развития. [c.5]

Этот результат показывает, что классическая ньютоновская теория асимптотически справедлива для медленных течений простых жидкостей с затухающей памятью. Обычные ньютоновские жидкости могут рассматриваться как простые жидкости, у которых естественное время Л столь мало, что любое течение, представляющее практический интерес, может рассматриваться как медленное и, таким образом может анализироваться на основании уравнения (4-3.22). [c.145]

Изложение строится следующим образом. Вначале обсуждается несколько вводных положений классической термодинамики предполагается, что читатель знаком с макроскопической термодинамикой в объеме, обычно содержащемся в инженерных курсах. Далее обсуждаются некоторые общие термодинамические результаты, применимые ко всем материалам (в том числе и к материалам, обладающим памятью). Затем для одного очень простого предельного случая исследуется, как использование концепции памяти влияет на термодинамические результаты, и, наконец, приводятся основные результаты термодинамической теории для простых жидкостей с затухающей памятью. [c.147]

Заметим, что если уравнение (6-3.17) предполагается верным, то уравнения (6-3.15) и (6-3.16) получаются независимо от уравнения состояния (6-3.3) в силу теорем о малых деформациях и медленных течениях, справедливых для простой жидкости в общем случае. Конечно, это замечание нельзя распространить на результаты, полученные при помощи уравнений (6-3.5) и (6-3.13) и относящиеся к случаю больших деформаций и произвольных скоростей . [c.220]

Очевидно, обобщенная теория поведения материалов с памятью должна охватывать как упругие жидкости, так и реопектические и тиксотропные материалы. Такой теорией является фактически теория простой жидкости , которая будет обсуждаться в гл. 4. Но все же поведение реопектических и тиксотропных материалов представляется весьма специальным и заслуживает особого рассмотрения, хотя в этом направлении выполнено очень мало теоретических исследований. Наконец, следует заметить, что, в то время как концепция памяти в жидкости может быть строго сформулирована, об интуитивной концепции упругости жидких материалов нельзя сказать того же самого. По этой причине мы будем использовать термин упруговязкий только применительно к жидкостям, наделенным памятью. [c.76]

Математический аппарат, требуемый для применения принципа затухающей памяти (функционалы и их свойства гладкости), обсуждается в следующем разделе. В разд. 4-3 в общем виде развита механическая теория простых жидкостей с затухающей памятью. В чисто механической теории в число переменных не включается температура и не учитываются энергетические соображения. Хотя такой подход удовлетворителен в применении ко многим механическим задачам, все же исключение из рассмотрения энергетических понятий серьезно ограничивает анализ даже в случае изотермических задач более сложная термомеханическая теория требует привлечения термодинамических соображе- [c.133]

В механической теории простых жидкостей с затухающей памятью, которая будет рассматриваться в следующем разделе, используется формулировка принципа затухающей памяти, принадлежащая Колеману и Ноллу [3], которые определили топологию области определения функционала состояния при помощи введения функции затухания, т. е. скалярной функции h (s), обладающей следующими свойствами [c.140]

Из этого следует вывод, что напряжение в простоц жидкости, которая всегда находилась в покое, изотропно., И обратно, простая жидкость не может неограниченно долго поддерживать неизотропное напряженное состояние без того, чтобы в конце концов не потечь [4]. Этот вывод свидетельствует о том, что теории пластичности (описывающие жидкости, обладающие предельным напряжением текучести) не являются частными случаями теории простых жидкостей. [c.144]

Если жидкость удовлетворяет релаксационному уравненин> состояния первого порядка, оказывается возможным решить, по крайней мере в принципе, ряд задач, которые не могут быть поставлены в рамках теории простой жидкости. Для примера рассмотрим задачу об истечении струи жидкости из фильеры (сопровождаемом, вообще говоря, хорошо известным явлением разбухания). Измеряя силу, можно измерить напряжение в сечении фильеры. Если жидкость удовлетворяет уравнению состояния релаксационного типа, этой информации вполне достаточно для оценки напряженного состояния в струе. При этом не обязательна знать предысторию деформирования до достижения выходного сечения фильеры. [c.236]

Утверждение Олдройда декларирует возможность того, что для некоторых реальных материалов разрыв напряжения может соответствовать разрыву скорости деформации, но не самой деформации. Это фактически находится в противоречии с гипотезами гладкости, лежаш,ими в основе теории простых жидкостей (см. обсуждение, следующее за уравнением (4-4.41)). [c.243]

Подходящей иллюстрацией этого является приведенный Олд-ройдом пример ньютоновской жидкости, поскольку ньютоновские жидкости (а также любой другой материал, для которого свободная энергия явно зависит от мгновенного значения скорости изменения независимых переменных) не удовлетворяют гипотезам гладкости теории простых жидкостей (разд. 4-4). Поэтому можно только догадываться, существуют ли реальные материалы, которые под действием напряжений с идеально разрывной предысторией ведут себя так же, как идеальные ньютоновские жидкости. Можно думать также (и мы склоняемся к этой мысли), что любой реальный материал, ведущий себя так же, как идеальная ньютоновская жидкость, представляет собой просто материал с очень коротким естественным временем, который проявляет отклонения от ньюто- [c.243]

На первый взгляд может показаться странным, что ньютоновское уравнение состояния, которое появляется как асимптотическое решение общей теории простых жидкостей (и получается из уравнения (7-7.9) при Л 0), предсказывает в отношении распространения разрывов результаты, качественно отличающиеся от тех, которые следуют из теории простой жидкости. Однако в действительности это лишь кажущийся парадокс, так как методика, посредством которой ньютоновское уравнение получается из теории простой жидкости, налагает определенное ограничение на рассматриваемые предыстории деформирования, требуя их непрерывности в момент наблюдения (см. обсуждение, следующее за уравнением (6-2.3)). Это условие в сильнейшей степени нарушается в рассмахриваемой задаче. По существу, аналогичные трудности возникают для любого типа уравнения состояния /г-го порядка. Они подробно рассматривались в работе Колемана и др. [44] для жидкости второго порядка. Уравнение движения жидкости второго порядка в рассматриваемом течении имеет вид [c.296]

Так случилось, что в период подготовки настоящего обзора удалось собрать вместе многие ранее не публиковавшиеся результаты, полученные за несколько последних лет в Лос-Аламосе. Мы весьма сожалеем, что их изложение волей-неволей привело к некоторому подчеркиванию нашей собственной работы, но идем на это в надежде, что предлагаемый материал может оказаться кому-либо полезен. Однако в наши намерения входило рассмотреть все достигнутые результаты для систем, представляющих интерес в теории простых жидкостей, и иы надеемся, что ни один из них не ускользнул от нашего внимания. [c.275]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...