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連續(xù)介質(zhì)力學(xué)與流變學(xué)之間的關(guān)系

發(fā)布時(shí)間:2022-10-20
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連續(xù)介質(zhì)力學(xué)是流變學(xué)的基礎(chǔ)。而必要的線性代數(shù)和向量函數(shù)微積分又是連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。流變學(xué)專注于非線性粘彈性本構(gòu)關(guān)系的研究,是連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的一個(gè)小分支。然而,由于流變學(xué)跟高分子科學(xué)和工業(yè)聯(lián)系十分緊密,因此高分子學(xué)科的學(xué)生往往有學(xué)習(xí)流變學(xué)的強(qiáng)烈需求。由于歷史的緣故,高分子專業(yè)往往是開設(shè)在一所大學(xué)的化學(xué)與化學(xué)工程、材料科學(xué)與工程等學(xué)院,學(xué)生普遍不具備學(xué)習(xí)連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。高分子專業(yè)背景的學(xué)生,要成為一名流變學(xué)領(lǐng)域的研究者需要依次跨躍數(shù)學(xué)、力學(xué)和流變學(xué)三道檻。在化學(xué)和材料類專業(yè)本科的一般課程設(shè)置中,從《工程力學(xué)》、《材料力學(xué)》、《化工原理》等課程中接觸過的思想,其實(shí)都屬于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)。


例如,《工程力學(xué)》或《材料力學(xué)》一開始就聲明了學(xué)科的基本假設(shè)包括:連續(xù)性假設(shè)、均勻性假設(shè)、各向同性假設(shè)和小形變假設(shè)。其中的連續(xù)性假設(shè),就是連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的一般性假設(shè)。均勻性、各向同性假設(shè)使我們可以考慮一個(gè)不隨位置和方向變化的標(biāo)量值模量。小形變假設(shè)使得課程覆蓋的問題均假設(shè)虎克彈性。但是,這兩門課主要關(guān)注的對(duì)象是剛體或虎克固體的靜力學(xué),既物體處于靜止且形變恒定狀態(tài)下的應(yīng)力和應(yīng)變與載荷的關(guān)系,因此可進(jìn)一步利用力系簡(jiǎn)化原則和平衡條件解題,使得這些題目只需運(yùn)用標(biāo)量的代數(shù)公式或含簡(jiǎn)單積分的公式就可以解決。因此,《工程力學(xué)》和《材料力學(xué)》的知識(shí)無(wú)法解決更一般的形變問題。其實(shí)《工程力學(xué)》和《材料力學(xué)》概念上還包括運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)內(nèi)容,研究的是剛體或虎克固體的運(yùn)動(dòng)與形變與載荷的關(guān)系,機(jī)械能轉(zhuǎn)化效率與機(jī)械波的傳遞等問題,常明顯地稱作《工程動(dòng)力學(xué)》和《材料動(dòng)力學(xué)》。由于這兩門課常常直接基于分析力學(xué)和連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的基礎(chǔ)講述,于是少見于化學(xué)和材料類專業(yè)的課程中。