基本介紹
- 中文名：動態模量
- 外文名：dynamic modulus
- 屬性：複數
- 符號表示：E(t)
- 性質：物理力學
- 公式：E(t)=σ/ε
簡介,瀝青混合料動態模量|E*|的力學意義,黏彈性理論基礎,瀝青混合料的黏彈性特性,
簡介
材料在荷載作用下的力學回響，除了與在靜力作用下的影響因素有關，與荷載作用時間、大小、頻率及重複效應等也有關，具有一定的應力依賴性。彈性模量是表征材料力學強度的一個重要參數。在動荷載作用上，材料內部產生的應力、應變回響均為時間的函式，相應地，彈性模量在外載作用過程中也不是一成不變的，材料動態模量定義為應力幅值的比值(見式1) ，以表征材料在不同的外載作用下不同的回響特性。
由於應力導前應變一個相位角，即滯後現象，使得應變分成了兩個部分，第一部分為彈性貢獻，與應變成線性關係，第二部分為粘性貢獻 ，與應變速率成線性關係。即彈性回響與粘性回響分別造成各自的應力， 其線性加和就是材料的總應力。
公式1：E(t) =| σ(t) | / | ε(t) | = σ/ε
式中：E(t) 為動態模量；σ(t) 、ε(t) 為應力和應變時間函式；σ、ε分別為應力和應變的振幅。
由於相位差的存在，動態模量是一個複數，G=G’+iG’’，G’是彈性回響的係數，稱為儲能模量；G’’/ω為黏性回響的係數，故稱為損耗模量。G’和G’’合稱動態模量。
瀝青混合料動態模量|E*|的力學意義
黏彈性理論基礎
彈性固體具有確定形狀，在外力作用下發生變形，在外力去除後，能完全恢復原來的形狀。從能量的觀點來看，彈性固體能將形變過程中外力作功所產生的能量全部以彈性勢能方式儲存起來，除去外力後，又能將儲存的能量全部釋放，使本身恢復原狀。與之相反，黏性液體卻沒有確定形狀，在外力作用下形變隨時間而發展並發生不可逆的流動，除去外力後，其變形不能完全恢復，會產生不可恢復的永久變形。黏彈性體則具有介於兩者之間的所有性質，既展現瞬時彈性效應，又顯示蠕變特徵，同時具有彈性和黏性兩種不同機理的形變。根據黏彈性理論的觀點，黏彈性材料的應力不僅與當時的應變有關，而且與應變的全部變化歷史有關。此時，應力應變之間一一對應的關係已不復存在。具體說，就是材料性質對時間和溫度具有強烈的依賴性。黏彈性材料隨時間而變化的變形過程，主要表現在四個方面：
①蠕變。在持續不變的載入下，變形會有隨時間而逐漸增加的現象。②應力鬆弛。對於黏彈性材料，在持續不變的應變下，應力有隨時間而逐漸減弱的現象。③遲滯。應變回響滯後於應力，致使一個載入卸載過程中的應力應變曲線形成遲滯回線，遲滯回線下的面積代表一個載入卸載過程的能量損失。④應變率敏感。反映材料力學性質的一些物理量，如楊氏模量、剪下模量、泊松比等，一般與應變速率(或時間)有關。
瀝青混合料的黏彈性特性
在大多數鋪面結構承受交通荷載和溫度作用下，瀝青混合料的狀況既像一個彈性固體又像一個黏性液體。它是一種較為典型的黏彈性體，同時具有彈性和黏性兩種特性，尤其是在高溫荷載作用下，其變形特性更為複雜。瀝青混合料中起黏結作用的瀝青是由高分子的碳氫化合物及其金屬衍生物所構成的一種非晶體混合物。由於高分子的運動具有時間、溫度依賴性，瀝青的變形便呈現感溫性、感時性，而由瀝青及礦料組成的瀝青混合料，在變形特性方面同瀝青具有相似性。瀝青混合料的變形是荷載作用時間的函式，並且由瞬時彈性變形、黏彈性變形和黏性流動變形組成。卸載後彈性變形立即恢復，黏彈性變形隨時間延長而逐漸恢復，黏性流動變形因為不能恢復而稱為永久變形。
對於某一種給定的瀝青混合料來說，彈性變形部分和永久變形部分的比例，與應力、荷載作用時間和溫度有關。在高溫條件下或在長時間荷載作用下，瀝青混合料的行為回響接近黏性，而在低溫條件下或短時間荷載作用下，瀝青混合料的行為回響則呈現彈性。在一般實際使用情況下，瀝青混合料的行為回響表現為黏彈性，它的力學特徵主要表現在瀝青混合料的力學特性對溫度和時間敏感，具有感溫性和依時性，在載入、卸載過程中會出現明顯的蠕變和鬆弛現象。描述材料黏彈性性質的基本參數包括動態模量、蠕變柔量和鬆弛模量等。這些參數不僅可以用來描述材料的線性黏彈性特性，還可以用來描述材料的非線性黏彈特性和破壞特性。事實上這三個參數都反映了材料的基本蠕變和鬆弛特性，而動態模量在試驗中測試則比較容易實現，並且其試驗精度能得到較好地控制，因此，動態模量被更為廣泛的使用。
