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工程流变学和固体力学分析

来源:黑龙江科技信息 作者:唐居强
发布于:2017-03-15 共2251字
  摘要

        某些物质材料自身具备流动的特性,这些对可流动的材料的力学研究相比于对一般物质的研究有所不同。对于流变学性质的研究体现在冶金行业、石油行业以及一些流体材料生产的行业,而流变学的研究并不只局限于流体,一些固体材料自身的流变学特性也值得研究。这些固体材料在自身受力时也会产生相应的变化,固体力学便是针对这种情况进行研究。环境建设、土木工程和机械制造等方面都离不开固体力学的参与。本文就着重对工程力学分支当中的流变学和固体力学两个方面进行研究。
  
  1 流变学的分析探讨
  
  1.1 流体及其分类
  
  流体包括气体和液体,其分子不停地处于运动状态,形成流体的特性。根据在一定的温度与剪切力作用下的不同体现,流体可以分为牛顿流体与非牛顿流体两种,非牛顿流体又可以细分为非时变性非牛顿流体与时变性非牛顿流体两种。在非时变性非牛顿流体当中,塑性流体是一种在一定程度力的作用下才能流动的流体。并随着力作用的不断变化,这种流体的性质逐渐向着牛顿流体的性质靠近。与塑性流体相近的是一种伪塑性流体,这种流体并不具备塑性流体那种随着力的变化而接近牛顿流体的性质,所以它只是具备一种伪塑性。膨胀性流体的性质与伪塑性流体完全相反,其粘度性质随着作用力的增加而不断地增加。时变性非牛顿流体当中的粘弹性流体则是一种在外力干扰消失的情况下产生一定恢复形变的力的特殊流体。
  
  1.2 非牛顿流体的流变特性及应用
  
  针对于非牛顿流体的研究较多,其相比较于牛顿流体,也产生了一些自身独具的特殊效应,包括韦森堡效应、射流胀大现象、二次流、无管虹吸、湍流减阻、剪切变稀和剪切增稠等。所谓的韦森堡效应,即粘弹性流体在一定的容器区域内旋转时,会随着中心轴向上延伸,液面呈凸型,牛顿流体则与此相反,液面呈凹型。射流胀大现象同样是非牛顿流体的一种特性,当其通过一口径较小的通道容器时,其射出时的流体横截面直径要大于容器自身的直径。二次流的主要现象是当非牛顿流体通过椭圆形截面容器时不会出现直线流动的现象。当一根中空的管子从非牛顿流体当中逐渐提升时,内部的流体仍会逐渐的上升,但是牛顿流体则会下降,这就是非牛顿流体的无管虹吸现象。当流体的流动速度增加时,其所受的阻力则会有一定的减少,这便是湍流减阻现象。
  
  1.3 流变学的前沿
  
  随着科学技术的不断推进,流变学也随之日益地进步。流变学逐渐脱离了传统的范畴,容纳了一部分新兴的课题,其中包括血液流变学、细胞流变学、液晶高分子流变学、电流变学与磁流变学等几个方面。血液流变学是对血液进行力学的研究。由于血液自身容纳的物质较多,血管的分布较广,形态较多,对其力学形态进行研究,了解其自身的流变学特性,可以预防一些疾病的发生。由血液流变学进一步延伸发展而来的是细胞流变学,它包括红细胞流变学,白细胞流变学,血小板流变学等。液晶高分子材料是一种新兴的材料,它与一些非牛顿流体的流动也有所差异。电流变学则是对电流的物理学特性进行研究,以帮助不断提升电流的应用。磁流变学与电流变学相似,是针对磁场作用下的磁流形态进行研究。磁流变学在航空航天、智能机械及电子工程方面具有至关重要的作用。
  
  2 固体力学的分析探讨
  
  2.1 固体力学学科的特点与发展趋势
  
  基础与工程的双重鲜明是固体力学学科的特点之一。固体力学是工程力学当中的基础性分支之一,它所涉及的范围较为广阔,因此其发展相对来说较早,已经具备一定的理论基础与实践基础。目前,固体力学已经逐渐扩展到其他的领域,并伴随着其他领域的研究结果不断地进步。可以说,固体力学的研究成果直接影响到工程结构的设计以及诸多其他的高技术结构的应用。广泛的学科交叉性也是固体力学显着的特点之一。固体力学所涉及的学科很多,其中主要包括数学、物理、化学、生物学等。大到航天工程,小到纳米材料,都离不开固体力学,这也是它的多学科容纳性的特点。新的学科生长点突出既是其特点所在,也是其发展的趋势。
  
  2.2 固体力学存在的问题及分析
  
  固体力学的历史较长,其发展过程中也不可避免地出现种种不尽人意的问题,这些问题阻碍了固体力学的进步,也是固体力学的掣肘所在。“重基础研究,轻应用基础研究”便是其明显的问题之一,对于理论的研究成果使得该学科有很大的发展空间,但是理论出现后,相关的应用研究却远远不足,这无法将研究成果有效地转化为应用成果。与国际计算力学软件相比,差距较大是另一不足之处。虽然我国同样在固体力学的研究上不断地加大力度,但无论在理论研究还是应用上,相比国外的发展来说,依旧是比较落后的。
  
  2.3 建议和措施
  
  若要解决固体力学发展当中存在的问题,首先要在研究基础理论的前提下不断加大对理论成果的转化。知识发展的最终目的是服务于人类,只有将研究出的理论基础转化为应用成果才可以更好地为人类做出贡献。只有不断地加大对专业人才的培养,不断地为知识的研发输入新鲜的血液,不断地攻克新的技术难题,才能使我国在固体力学的国际竞争当中居于领先地位。
  
  结束语
  
  工程力学的分支相对较多,它广泛地应用在工业生产和日常生活中,本文就工程力学的两大分支进行研究,包括对流变学和固体力学的分析探讨,涉及到流体及其分类、非牛顿流体的流变特性及其应用、流变学的前沿等。在固体力学的分析探讨中,重点对固体力学学科的特点与发展趋势和固体力学存在的问题进行分析,从而为我国工程力学的发展提供有效的参考经验。
  
  参考文献
  
  [1]国家自然科学基金委员会数理科学部。力学学科发展研究报告[M].北京:科学出版社,2006.
  [2]中国科学技术协会主编、中国力学学会编着。力学学科发展综合报告[M].北京:中国科学技术出版社,2007.
原文出处:唐居强. 工程力学分支的探讨[J]. 黑龙江科技信息,2017,05:23.
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