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流變學理論研究
流變學(Rheology)是一門從宏觀層面描述物質在外力作用下的流動和變形規(guī)律的學科。由美國拉法耶特(Laffayette)學院的Bingham教授及其同事Reiner于1928年創(chuàng)立。Barns等人介紹了流變學知識，指出：流變學是一門介于化學、力學、物理與工程科學之間的新興交叉學科，非牛頓流體等在一定條件下可以流動的固體是其主要的研究對象，其性質不能用經典的粘彈性理論來進行解釋。這些物質在某一特定溫度下不能用單一的粘度來表示，而受其他一些因素的影響。
流變學的主要研究內容
包括：流變模型、流變測量以及復雜流體的流動行為等。流變學經過多年的發(fā)展，如今已經在化工、地球物理、巖土工程、藥劑和食品等領域得到廣泛的應用，形成了化工流變學、高分子流變學等。
流變學的主要研究對象
包括：非牛頓流體和粘彈性物料。
(1)非牛頓流體：指不滿足牛頓粘性定律的流體。非牛頓流體的粘度通常不是定值而是變化的。非牛頓流體具有很多特殊的性質，例如射流脹大、無管虹吸、剪切稀化、拔絲、湍流減阻等。其中令人比較感興趣的一點就是：部分非牛頓流體具有彈性的特性，也被稱為粘彈性流體。當旋轉桿插入粘彈性流體中時，流體將爬升到桿上，使液體表面呈凸形。
在我們的生活、生產和大自然之中，廣泛存在非牛頓流體，例如牙膏、水煤漿、泥漿、石油、油漆等。對于非牛頓流體的剪切應力τ與剪切速率γ之間的關系可以表示為τ=f(γ)。剪切應力與剪切速率的比值稱為表觀粘度，通常用μ或η來表示。
(2)粘彈性物料：指同時具有粘性和彈性的物料。粘彈性物料是既具有彈性變形又具有粘性流動的物體�！皬椥孕巫儭笔侵付虝旱目梢曰謴偷狡湓夹螤畹男巫�。而“粘性流動”是指持續(xù)的不能恢復到其原始狀態(tài)的形變，也被稱為“流變”。過去，談到固體時，一般是指僅具有彈性形變的物體；談到流體時，一般是指僅有粘性流動的流體。實際上，有很多物體同時具有這兩種性質。
流變學的研究方法
無論是固體還是液體，流變學的主要研究方法有以下兩種：一種是將流體看作為連續(xù)介質來研究，利用連續(xù)介質力學的數學方法對其進行研究，這已經成為流變學中最重要的方法之一，稱為連續(xù)介質流變學。因為這種方法沒有將流體的內部微觀結構考慮到進去，因此這種流變學的研究方法也被稱為為宏觀流變學。
另外一種方法是考慮物料內部結構，通過研究流體宏觀流變特性與流體的微觀、亞微觀內部結構之間的關系，這種方法被稱為結構流變學或微觀流變學。連續(xù)介質力學的方法用于處理流體的流變學問題，在一定程度上可以簡化了處理過程。
粉體流變學研究
一些學者嘗試將描述牛頓流體和非牛頓流體的傳統(tǒng)流變學理論擴展至粉體領域的研究。Barois-Cazenave和Marchal利用改進的十字形轉子流變儀，采用流變學的方法來研究處于不同狀態(tài)下粉體的流動行為。該類流變儀主要由承裝樣品的圓柱形容器和十字形的旋轉轉子構成。這樣的幾何結構的優(yōu)勢是將壁面—粉體摩擦由粉體的之間的摩擦所代替，避免了樣品內部滑移現象的產生。樣品容器底部由可以提供縱向運動的振動膜所代替。軸向振動的作用，首先使顆粒之間有更好的空間重新分配，可以阻止空洞的形成并且改善實驗的重復性；另一方面，振動創(chuàng)造了一個宏觀的布朗運動。
十字形轉子流變儀示意圖
粉體流變模型
松散的粉體受輕微外力就能流動，在壓制過程中不僅發(fā)生彈、塑性即刻變形，也有隨時間逐漸變化的黏性變形，表現出應變推遲、壓制蠕變、應力松弛、彈性后效和粉末內耗等流變特性。而經典塑性理論將粉體視為彈塑性體，僅考慮彈性變形和塑性屈服，忽略了其流變特性。
近幾十年來，在粉末、巖石、土、礦物、高分子等松散材料的研究中，人們發(fā)現存在普遍的時間效應，于是涌現出流變學的理論。流變學方法是將松散介質視為流變體，采用流變理論分析粉體壓制成形中的流動和變形行為。流變模型能對粉體的應力松弛、應變推遲等流變行為及壓制工藝對密度的影響做出定性和定量解釋，更進一步揭示粉體成形的物理本質，具有明顯的理論優(yōu)越性。
流變模型的建立方法靈活，有通過實驗數據經驗地給出應力、應變和時間關系的經驗法，采用統(tǒng)計力學模型的分子理論處理法，及嚴格的演繹處理法。其中，通過非線性彈體、線性彈體、非線性黏體、線性黏體、賓漢體等基本組元的串并聯組合來建立粉體的非線性的流變模型，是較常用的方法。
陳振華等將非線性彈體、非線性黏體組元并聯，考慮粉體弛豫和大應變特征，提出一種非線性黏彈模型。郭彪首次建立了粉末鍛造和燒結Fe-0.5C-2Cu合金的高溫流變本構模型并嵌入DEFORM軟件，實現了粉末鍛造模擬優(yōu)化。
流變學理論將與時間相關的黏性行為考慮在內來構建粉體的本構模型，同時體現了粉體的固體和流體特性�；趶楌に苄泽w假設，將材料的彈性、塑性和黏性融合而構建起來的黏彈塑本構模型能更全面、真實地反應粉體的力學性質。但冷壓時粉體黏性不明顯，采用流變學理論反而會使建模復雜化，故該理論更適合粉末溫壓、熱等靜壓、高速壓制等涉及高溫、動壓的情況。
雖然目前流變學模型種類、設計思路靈活，但是考慮非線性流變因素的力學方程數學形式復雜，數值求解困難，且求解后定量預測能力有限。因此，適于粉體壓制過程的流變學模型和數值算法仍有待開發(fā)和完善。
參考來源：
鄒佳興：基于壓差推動的粉體料倉下料過程強化研究
劉一：粉體體系堆積、流動特性及其與顆粒間作用力關系研究
尤萌萌，等：粉末壓制過程數值模擬的研究現狀及展望
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