黏弹性せい

黏彈性せい（viscoelasticity）在ざい材料ざいりょう科學かがく和わ連續れんぞく介かい質しつ力學りきがく中なか，是ぜ指ゆび當とう材料ざいりょう受力而形かたち變へん時とき，同時どうじ表ひょう現出げんしゅつ黏性和わ彈性だんせい的てき特性とくせい。黏性材料ざいりょう例れい如水にょすい，在ざい受到應おう力りょく時じ會かい抵抗ていこう剪切流動りゅうどう，並なみ且會隨ずい著ちょ時間じかん線せん性せい地ち伸長しんちょう。彈性だんせい材料ざいりょう在ざい拉ひしげ伸しん時じ會かい產さん生せい變形へんけい，壓力あつりょく移うつり除じょ後會こうかい立りつ即そく回復かいふく到いた原始げんし狀態じょうたい。日常にちじょう生活せいかつ中有ちゅうう許多きょた具有ぐゆう黏彈性せい特性とくせい的てき材料ざいりょう。

黏彈性せい材料ざいりょう具有ぐゆう這兩種しゅ特性とくせい的てき元素げんそ，因いん此表現出げんしゅつ時間じかん依賴いらい性せい形がた變へん。彈性だんせい通常つうじょう是ぜ由ゆかり有ゆう序じょ固體こたい中ちゅう沿著晶あきら體からだ學がく平面へいめん的てき鍵かぎ伸展しんてん引起的てき，而粘度ど則そく是ぜ由ゆかり非ひ晶あきら質しつ材料ざいりょう中ちゅう的てき原子げんし或ある分子ぶんし擴散かくさん引起的てき。

背景はいけい

在ざい19世紀せいき，像ぞう馬うま克かつ思おもえ威い爾なんじ、波なみ茲曼和わ克かつ爾なんじ文ぶん這樣的てき物理ぶつり學がく家か研究けんきゅう和わ實驗じっけん了りょう玻璃はり、金屬きんぞく和わ橡とち膠にかわ的てき潛せん變へん和わ恢復かいふく現象げんしょう。當とう合成ごうせい高分子こうぶんし聚合物ぶつ被ひ開發かいはつ並なみ應用おうよう於各種かくしゅ應用おうよう中ちゅう時じ，黏彈性せい在ざい20世紀せいき後期こうき進しん一いち步ほ得え到いた研究けんきゅう。黏彈性的せいてき計算けいさん很大部分ぶぶん取と決けつ於黏度 ηいーた 。 ηいーた 的てき倒たおせ數也かずや被ひ稱しょう為ため流動りゅうどう性せい φふぁい 。若わか要よう計算けいさん黏度和わ流動りゅうどう性せい的てき任にん一いち值，可か以以溫度おんど的てき函數かんすう或ある作為さくい給きゅう定てい值(例れい如計算けいさん活塞かっそく黏性)而導出どうしゅつ。

不同ふどう種類しゅるい材料ざいりょう，有ゆう不同ふどう的てき應おう變速へんそく率りつ($d\varepsilon /dt$)對たい剪切應力おうりょく反應はんのう ($\sigma$)。

根據こんきょ材料ざいりょう內的應おう變速へんそく率りつ對應たいおう應力おうりょく的てき變化へんか，黏度可か以分為ため線せん性せい、非ひ線せん性せい或ある塑性そせい反應はんのう。當とう材料ざいりょう表ひょう現出げんしゅつ線せん性せい反應はんのう時じ，被ひ歸き類るい為ため牛うし頓ひたぶる流體りゅうたい。在ざい這種情況じょうきょう下か，應力おうりょく與あずか應おう變速へんそく率りつ成なり線せん性せい比例ひれい關係かんけい。如果材料ざいりょう對應たいおう變速へんそく率りつ呈てい非ひ線せん性せい反應はんのう，它被歸き類るい為ため非ひ牛うし頓ひたぶる流體りゅうたい。還かえ有ゆう一種有趣的情況是，粘ねば度たび隨ずい著ちょ剪切/應おう變速へんそく率りつ保持ほじ恆つね定てい而降低ひく。展てん現げん這種行為こうい的てき材料ざいりょう被ひ稱しょう為ため塑性そせい流體りゅうたい。此外，當とう應力おうりょく與あずか應おう變速へんそく率りつ無關むせき時じ，材料ざいりょう表ひょう現出げんしゅつ塑性そせい變形へんけい。許多きょた黏彈性せい材料ざいりょう表ひょう現出げんしゅつ類似るいじ於橡膠にかわ的てき行為こうい，可か以通過つうか聚合物ぶつ彈だん性的せいてき熱ねつ力學りきがく理論りろん解釋かいしゃく。

一些黏彈性材料的例子包括非晶聚合物、半はん晶あきら聚合物ぶつ、生物せいぶつ聚合物ぶつ、極ごく高溫こうおん下か的てき金屬きんぞく和わ沥青材料ざいりょう。當とう應變おうへん在ざい彈性だんせい極限きょくげん之の外そと且快速そく施ほどこせ加か時じ，材料ざいりょう會かい出現しゅつげん裂きれ紋もん。生物せいぶつ組織そしき中ちゅう，韌帶和わ肌はだ腱けん也黏彈性だんせい的てき，因いん此它們潛在せんざい的てき損壞そんかい程度ていど取と決けつ於其長ちょう度ど變化へんか的てき速そく率りつ和わ施ほどこせ加か的てき力量りきりょう。日常にちじょう生活せいかつ中ちゅう也有やゆう許多きょた例れい子こ，例れい如塑膠にかわ或ある是ぜ雞蛋的てき蛋清。部分ぶぶん塑膠施ほどこせ加か拉ひしげ伸しん應力おうりょく之の後こう變形へんけい，之これ後ご則のり慢慢地ち恢復かいふく原狀げんじょう。而雞蛋的蛋清看み上じょう去さ像ぞう液體えきたい，但ただし取出とりで之の前ぜん在ざい攪拌的てき筷子，蛋清多少たしょう會かい恢復かいふく原ばら先さき的てき形狀けいじょう。

一個黏彈性材料具有以下特性：

• 在ざい應力おうりょく-應變おうへん曲線きょくせん中ちゅう可か見み遲滯ちたい現象げんしょう
• 出現しゅつげん應力おうりょく鬆す弛たゆ：保持ほじ一定應變引起應力降低
• 出現しゅつげん潛せん變へん：保持ほじ一定應力導致應變增加
• 它的剛つよし度ど取と決けつ於應おう變速へんそく率りつ${\dot {\varepsilon }}$或ある應力おうりょく速そく率りつ${\dot {\sigma }}$

彈性だんせい與あずか黏彈性せい比較ひかく

純じゅん彈性だんせい材料ざいりょう (a) 和かず黏彈性せい材料ざいりょう (b) 的てき應力おうりょく-應變おうへん曲線きょくせん 。紅色こうしょく區域くいき代表だいひょう材料ざいりょう在荷ざいか載の和わ卸おろし載の週しゅう期き中ちゅう，因いん遲滯ちたい現象げんしょう形成けいせい的てき反應はんのう路ろ徑みち，同時どうじ也代表だいひょう材料ざいりょう的てき能のう量りょう損耗そんこう(以熱能のう形式けいしき)，數學すうがく是ぜ可か以 ${\textstyle \oint \sigma \,d\varepsilon }$ 表示ひょうじ，其中 $\sigma$ 為ため應力おうりょく、 $\varepsilon$ 為ため應變おうへん。

與あずか純粹じゅんすい的てき彈性だんせい物質ぶっしつ不同ふどう，黏彈性せい物質ぶっしつ具有ぐゆう彈性だんせい和わ黏性成分せいぶん。黏彈性せい物質ぶっしつ的てき黏度使つかい物質ぶっしつ對たい時間じかん具有ぐゆう應おう變速へんそく率りつ依賴いらい性せい。純じゅん彈性だんせい材料ざいりょう在ざい施ほどこせ加か負まけ載の後のち不ふ會かい消散しょうさん能のう量りょう（以熱能のう形式けいしき），當とう施ほどこせ力りょく被ひ移うつり除じょ時じ亦また然しか。然しか而，黏彈性せい物質ぶっしつ在ざい施ほどこせ加か負まけ載の後のち消耗しょうもう能のう量りょう，當とう施ほどこせ力りょく被ひ移うつり除じょ時じ亦また然しか。應力おうりょく-應變おうへん曲線きょくせん上うえ觀かん察到潛せん變へん，其環狀じょう區域くいき等とう於在荷ざいか載の的てき週しゅう期き中ちゅう失しつ去さ的てき能のう量りょう。由よし於黏度ど是ぜ對たい熱ねつ激げき活かつ的てき塑性そせい變形へんけい的てき阻力，黏性材料ざいりょう將しょう在荷ざいか載の的てき週しゅう期き中ちゅう失しつ去さ能のう量りょう。塑性そせい變形へんけい會かい導しるべ致能量りょう損失そんしつ，這是純じゅん彈性だんせい材料ざいりょう對たい荷に載の週しゅう期き反應はんのう的てき非ひ典型てんけい特徵とくちょう。

具體ぐたい而言，黏彈性せい是ぜ一いち種しゅ分子ぶんし重じゅう排はい。當とう應力おうりょく施ほどこせ加か到いた黏彈性せい材料ざいりょう（如高分子こうぶんし）上じょう時じ，長ちょう鏈高分子こうぶんし的てき部分ぶぶん位置いち會かい改變かいへん。這種移動いどう或ある重じゅう排はい被ひ稱しょう為ため潛せん變へん。即そく使つかい當とう其鏈的てき部分ぶぶん正ただし在ざい重じゅう新しん排列はいれつ以配合はいごう應おう力りょく時じ，高分子こうぶんし仍然保持ほじ固體こたい物質ぶっしつ，並なみ且隨著ちょ移動いどう會かい在ざい材料ざいりょう中產ちゅうさん生せい一いち個こ背せ向こう應力おうりょく。當とう背せ向こう應力おうりょく與あずか施ほどこせ加か應力おうりょく的てき大小だいしょう相しょう同時どうじ，材料ざいりょう不ふ再さい蠕變。當初とうしょ始はじめ應力おうりょく被ひ移うつり除じょ時じ，積せき累るい的てき背せ向こう應おう力りょく將はた使つかい高分子こうぶんし恢復かいふく到いた其原そのはら始はじめ形狀けいじょう。材料ざいりょう會かい蠕變，這給出で了りょう前ぜん綴つづり黏-，並なみ且材料りょう完全かんぜん恢復かいふく，這給出で了りょう後ご綴つづり-彈性だんせい性せい。