Voigt
*例8-12 试证明由方程解:由
每一个单元的力学参数为
,和和
,即得:
可以得出Maxwell模型中的本体黏度η。
,设Maxwell模型由
个单元串联。
即可由
和
加和求
。
例8-13 试根据以下数据绘制两个Maxwell单元并联组合模型的应力松弛曲线。
;
解:
t 10-2 10-1 1 10 102 103 103.5 103.8 104 E(t) 3×1010 2.7×1010 1.1×1010 6.3×106 4.5×106 1.8×106 2.1×105 9.1×103 277 作图
图8-12 两个Maxwell单元并联组合模型的应力松弛曲线
例8-14 当用一个正弦力,作用于z个串联Maxwell模型(图8-13)时,试导出复合模量的表达式。 解:对于Maxwell模型:
??
或
∴
令,
∴
图8-13 z个串联Maxwell模型
例8-15两个并联的Maxwell模型单元的元件参数分别为
,
,
,
。此种模型对于未硫化的高相对分子质量聚合物为一级近似。试画出
它的的关系曲线。
解:由题意(Maxwell模型并联)有:
式中
,
作图(图8-14)
例8-16 对一种聚合物,用三个并联的Maxwell模型表示 E1=105N·m-2,τ1=10s E2=106N·m-2,τ2=20s E3=107N·m-2,τ3=30s
求加应力10秒后的松弛模量E。 解:
∴
例8-17 假如某个体系含有两个Voigt单元,其元件参数是:
和,式中,ν为单位体积中交联网链的数目。
试导出这一体系在恒定应力σ下的蠕变响应的表达式。
解:两个Voigt单元串联模型如图8-15。
由和
和
∴
图8-15 两个Voigt单元串联模型
例8-18 有一个三元力学模型,其模量和黏度如图8-16所示
图8-16 三元力学模型(Maxwell单元与弹簧并联) 求证:(1)该模型的应力应变方程为;
(2)当施以恒定应变ε时,该模型的应力松 弛方程为:
其中 为应力松弛时初始最大应力.
解:(1)总应力为σ,它与σ1、σ2、σ3的关系为:
,
总应变ε与ε1、ε2、ε3的关系为:
∴
∵,
∴
∴
令,即,两边同乘以
∴
(2)当施加恒定应变ε时,
于是上式成为
当t=0时
即
∴
其实也可直接观察到这三元模型是Maxwell模型和一个弹簧并联。当施压σ0时 (1)弹簧的应力为
(2)Maxwell模型部分的应力为∴总应力松弛方程为两者的加和
,其应力松弛方程为
例8-19 一个Voigt单元(E=2×105N·m-2,τ =103s)串联一个黏壶(η=3×108Pa·s) (见图8-17).试计算:
(1)当加恒定负荷4.9N/m2时,这一体系的形变答应值;
(2)若负荷保留3000s后移去,试画出蠕变与回复曲线,并用曲线计算该体系的黏度。