Reologie

Cap. 1. Introducere în reologie

1.1. Obiectul reologiei

Reologia, ramură a fizicii, se ocupă cu studiul curgerii şi al deformaţiei în timp a corpurilor, sub acţiunea forţelor aplicate asupra lor.

În stadiul actual al dezvoltării, noţiunea de reologie atât în teoria elasticităţii (unde influenţa timpului nu intervine într-o măsură apreciabilă), plasticităţii, cât şi a vâscozităţii nu a fost pronunţată decât o dată cu trasarea curbei caracteristice  -  şi măsurarea deformaţiilor permanente.

Considerarea paralelismului sau aprecierea celor trei parametrii: tensiune ( şi ); deformare () şi timp (t şi ) în procesul de solicitare – deformare a sistemelor materiale s-a constituit cauza actului de naştere al noţiunii de reologie, conferit de fapt în 1992 de către E. C. Bingham prin lucrarea „Fluidity and plasticity”.

Fenomenul numit curgere, în contextul preocupărilor ştiinţifice ale reologiei, constă în dezvoltarea continuă şi ireversibilă a deformării unui corp sub acţiunea unor forţe finite. În solide, acest fenomen se numeşte curgere plastică, pe când în lichide se numeşte curgere vâscoasă.

Domeniul este mult mai complex, dacă se ţine seama că el include aproape toate aspectele investigării ştiinţifice ale deformării materiei, în timp scurt sau îndelungat sub acţiunea unor solicitări generatoare de tensiuni interne.

Într-un sens mai larg, reologia vizează cunoaşterea aprofundată a reacţiei intime sau a răspunsului materialelor la acţiunea unor forţe externe. Ea studiază deformaţia şi curgerea materialelor la un nivel fenomenologic, adică considerând materialele ca medii continue, fără a lua în consideraţie nici structura cristalină anizotropă, nici structura discretă a materialului.

Deci reologia este o ramură a fizicii aparţinând domeniului mecanicii cu implicaţii importante în tehnică, care studiază comportamentul sistemelor materiale

şi deci implicit a materialelor şi substanţelor utile în industria alimentară, în contextul parametrilor --t, ţinând cont de variaţia şi frecvenţa acestora.

La dezvoltarea reologiei stau două concepte de bază sau axiome principale:

I. Prima axiomă – „Sub o solicitare de compresiune izotropă sau hidrostatică toate sistemele materiale simple de la gaze şi până la solide se comportă în mod practic la fel, dacă tensiunile nu devin exagerat de mari.”

II. A II-a axiomă – „Orice sistem material posedă (chiar dacă în măsură diferită) toate proprietăţile reologice de bază ale elasticităţii, plasticităţii şi vâscozităţii.”

Oricare ar fi liniile de studiu ale reologiei, ea poate fi analizată sub următoarele aspecte:

- reologia experimentală – caracterizată prin determinarea calitativă şi cantitativă a principalelor caracteristici ale elasticităţii, plasticităţii şi vâscozităţii în contextul --t, de amplitudine şi frecvenţă diferită.

- reologia teoretică – ce constituie o punte de legătură între elasticitate şi hidrodinamică şi care s-a dezvoltat pe două direcţii: reologie liniară şi reologie neliniară.

- reologia fenomenologică – se împarte în micro şi macroreologie. Macroreologia consideră materialele omogene, izotrope şi lipsite de structura internă. Microreologia ţine seama de structura specifică şi deduce proprietăţile reologice ale materialelor din comportarea constituenţilor structurali.

Reologia consideră că orice corp real are în acelaşi timp proprietăţi elastice, vâscoase şi plastice, diferitele corpuri deosebindu-se între ele prin măsura în care se manifestă aceste proprietăţi în comportarea lor.

Ca urmare, „Reologia” studiază legătura între starea de tensiune şi starea de deformaţie a unui corp, care generalizează pe cele corespunzătoare teoriei elasticităţii, mecanicii fluidelor şi teoriei plasticităţii şi care se numesc ecuaţii (legi) reologice de stare. O forţă sau un sistem de forţe aplicat unui corp conduce la mişcarea acestuia. Mişcarea corpului poate consta din deplasări şi (sau) deformări. În general, deplasarea nu modifică deplasarea relativă a elementelor ce formează corpul, dar modifică deformarea acestuia în raport cu un sistem de referinţă exterior. Ea constă din translaţia sau (şi) rotaţia corpului. În alte condiţii aplicarea unei forţe sau a unui sistem de forţe poate produce modificarea poziţiei relative a elementelor constituente. Un corp este deformat atunci când, sub acţiunea solicitărilor se modifică forma sau (şi) volumul. Deformarea în cazul solidelor are loc până la atingerea echilibrului între forţele externe şi cele interne, în timp ce la fluide, prin aplicarea unei forţe arizotrope şi neomogene nu se ajunge la o deformaţie în echilibru. Gradul de deformare se schimbă continuu în timp. Deformaţia a cărei valoare creşte continuu şi nu se mai recuperează după îndepărtarea forţei se numeşte curgere.