基本介紹
- 中文名：流變學模型
- 外文名：rheological model
- 學科：土木工程
- 基礎：彈性、塑性和粘滯性聯合作用
- 理論：流變學
- 目的：反應土的流動和變形
簡介,流變學,求解,
簡介
流變學模型簡單來說是指流變學有關原理建立土或混凝土的流變特性模型。流變學模型主要依據以下兩個研究角度：第一，從巨觀力學角度假定土是均一體，採用直觀的物理流變模型來模擬土的結構，通過模型的數學力學分析，建立有關的公式，定量分析土的流變性狀及帶來的工程影響，並根據實測資料來進行驗證,各國學者所做的大部分工作屬於巨觀流變學的範疇；第二，從土的微觀結構出發，研究土具有流變特性的原因和影響土流變特性的影響因素。各國學者採用的方法主要有從土流變的微細觀表現出發建立流變本構關係和從土流變的巨觀出發建立流變本構模型，或者將兩者結合起來。從土流變的微細觀表現出發建立流變本構關係，是根據土體微觀結構的變化機理，將土的流變特性的產生歸咎於土粒骨架的微觀變化，然後通過運用連續統計力學和晶體的微觀理論，結合土流變的巨觀表現建立土的流變模型。從巨觀出發建立土的流變本構模型是在土體流變學研究中取得成果最多的研究方面，主要可分為三類:一是從土的流變特徵出發，運用已有的流變理論如粘彈塑性模型理論、遺傳流變理論，來建立土流變的理論模型；二是從土的流變特性出發，直接通過試驗總結出土流變的經驗本構關係；三是兩者結合的半經驗理論模型。
流變學
流變學作為一門研究物體流動和變形的科學，著力於力、形變和時間之間關係的研究，並在研究材料流動和變形時考慮時間因素，例如外界條件(溫度、濕度等)持續時間、荷載持續時間等對材料彈性、塑性和粘性的影響。自 1929 年美國 E． C． Bingham 教授創立流變學會，流變學便正式成為一門獨立的分支學科。它屬於力學範疇， 能夠普遍套用於金屬材料、 非金屬材料，無機和有機材料。但又不同於力學， 流變學在研究流動變形規律時，會考慮到物體機構中質點之間的相對運動，因而必然會考慮到物體內部的結構和性質；同時，流變學也是研究物體在外力作用下所產生的形變和應力變化與時間之間關係的科學。將流變學原理套用於水泥基材料的研究，即水泥基材料的流變性能。它反映了拌合物漿體隨著水泥水化的進行，從以粘塑性為主逐漸向以粘彈性為主的硬化發展過程。流變學作為基礎科學的一個分支，它把水泥基材料的工作性能以基本單位量度的物理量表示出來，求出能表征材料物性、而在各種變異條件下可供比較的物理參數。這些物理參數包括:剪下應力、 應變、 剪下應變速率、粘度、屈服應力等。愈來愈多的研究結果表明， 用流變學方法來研究水泥基材料的流動性相較於傳統的坍落度方法更具優越性。水泥漿體的流變性能介於粘性、 彈性、 塑性之間，其流變曲線接近賓漢姆體， 可用賓漢姆(Bingham)模型描述水泥漿體的流變性。Bingham 模型源於最早的兩點法測量理論， 雖然只有兩個參數， 但卻能廣泛的表征水泥基材料的流變性能， 簡單實用， 吻合度好，所以流變學研究在混凝土領域發展幾十年以來， 雖然有各種各樣的流變模型不斷誕生， 但賓 Bingham 模型卻一直發揮著中流砥柱的作用。
求解
土流變問題的求解包括解析解和數值解。解析解方法是針對粘彈性體，運用對應性原理，採用積分變換技術的一種求解方法。由於解析解對大多數流變問題的無能為力，因此許多流變問題只能通過數值解求解。隨著計算機技術的迅速發展，數值解的套用範圍幾乎已包括了所有的流變問題，具體方法包括有限單元法、有限差分法、無限元法、邊界元法及一些禍合方法等，其中套用最多的是有限元法。採用有限元技術求解土流變問題的代表方法有“時步-粘性初應變法”，即將粘性應變作為初始應變，計算每一時步粘性初應變所引起的附加結點荷載，然後將該荷載加入到該時步的平衡方程中進行修正並求解，得到每一時刻的應力、應變，再通過逐步計算得到最終的解；當求解的問題是非線性流變問題時，可將荷載分成若干級，仍按初應變的原理採用增量疊代法求解每一級荷載下的非線性平衡方程，通過逐級計算完成每一級荷載下的線性逼近。此外，還出現了二次初應變法等新方法。
