
【化】 bulk longitudinal viscoelasticity
体积纵向粘弹性(Volumetric Longitudinal Viscoelasticity)是材料力学中描述物质在轴向受力时兼具黏性流动与弹性恢复特性的复合响应行为。该概念包含两个核心维度:
体积黏弹性响应
物质在压缩或拉伸过程中,其体积变化会同时表现出时间依赖性的能量耗散(黏性)和瞬时形变恢复(弹性)。例如,高分子材料在持续压力下可能发生蠕变,卸载后部分形变不可逆。
纵向力学耦合
特指沿物体主轴方向的应力-应变关系,常见于纤维增强复合材料或生物组织研究中。纵向模量的复数形式可表示为:
$$
E^*(ω) = E' + iE''
$$
其中$E'$为储能模量,$E''$为损耗模量,ω为加载频率。
该特性在工程领域具有重要应用价值,如橡胶密封件设计需同时考虑其体积弹性恢复能力和长期压缩形变率(参考ASME Boiler and Pressure Vessel Code第Ⅱ卷D篇材料性能数据)。
“体积纵向粘弹性”这一术语需要拆解为“体积”“纵向”“粘弹性”三个部分来综合理解。以下是解释:
粘弹性
粘弹性是材料同时具备弹性固体和粘性流体双重特性的力学行为。其核心表现为:
纵向
通常指材料受力或形变的方向性,例如沿纤维轴向或特定加载方向。在粘弹性中,纵向可能涉及单轴拉伸/压缩下的力学响应。
体积
此处可能指材料的体积变化,例如在压缩或膨胀过程中表现出的粘弹性行为,涉及体积模量、压缩率等参数。
体积纵向粘弹性可理解为:材料在纵向受力(如压缩或拉伸)导致体积变化时,表现出的兼具弹性恢复和粘性流动的力学特性。具体特征包括:
体积粘弹性模型
常用广义Maxwell模型描述,其体积应力-应变关系为:
$$
sigma(t) = E epsilon(t) + eta frac{depsilon(t)}{dt}
$$
其中,$sigma$为体积应力,$epsilon$为体积应变,$E$为弹性模量,$eta$为粘性系数。
应用场景
高分子材料(如橡胶、塑料)在压缩/膨胀过程中的缓慢性形变、生物组织(如软骨)的承压能量吸收等。
需注意,该术语可能是特定领域(如材料科学、生物力学)的细分表述,实际应用中需结合具体实验条件(如加载速率、温度)分析。
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