黏弹性 黏弹性是材料同时具备黏性流体和弹性固体特性的力学行为。黏性流动导致能量耗散，弹性形变导致能量存储。 1. 基本概念 弹性 ：材料在应力作用下发生形变，应力移除后恢复原状（如弹簧）。应力与应变成正比（胡克定律），机械能完全存储。 黏性 ：材料在应力作用下发生不可逆流动（如蜂蜜）。应力与应变速率成正比（牛顿流体），机械能转化为热能耗散。 黏弹性 ：结合两者特性。在快速加载时表现为弹性（瞬时响应），缓慢加载时表现为黏性（随时间流动）。 2. 力学响应特征 蠕变 ：恒定应力下，应变随时间逐渐增加（如塑料条悬挂重物后缓慢伸长）。 应力松弛 ：恒定应变下，应力随时间逐渐衰减（如拉伸橡皮筋后固定长度，拉力逐渐减小）。 滞后现象 ：周期性加载-卸载过程中，加载曲线与卸载曲线不重合，形成滞后环，代表能量耗散。 3. 本构模型 麦克斯韦模型 ：弹簧（弹性）与黏壶（黏性）串联。描述应力松弛：瞬时弹性响应后，应力按指数衰减。 开尔文-沃伊特模型 ：弹簧与黏壶并联。描述蠕变：应变随时间渐进趋近平衡值。 广义模型 ：多个麦克斯韦或开尔文单元组合，精确描述实际材料的多 relaxation 时间尺度。 4. 动态力学分析 对待正弦交变应力： 复数模量 ：\( G^* = G' + iG'' \) 储能模量 \( G' \)：表征弹性响应，与应变同相位 损耗模量 \( G'' \)：表征黏性响应，与应变速率同相位 损耗因子 ：\( \tan\delta = G''/G' \)，量化黏性相对贡献 5. 分子机制 聚合物 ：链段运动受阻于缠结与摩擦。玻璃化转变温度附近黏弹性显著。 生物材料 ：细胞骨架中微丝网络、蛋白质构象变化导致时间依赖性响应。 金属/陶瓷 ：高温下位错滑移、晶界扩散引发黏性流动。 6. 应用领域 聚合物加工 ：注塑成型中蠕变影响尺寸稳定性 生物力学 ：软骨、血管的减震功能依赖黏弹性 地质学 ：地幔对流长期表现为黏性，地震波传播短期表现为弹性 涂料工业 ：涂膜流平性与抗下垂性需优化黏弹性平衡