मैक्सवेल सामग्री

एक मैक्सवेल सामग्री एक विशिष्ट तरल के गुण दिखाने वाला सबसे सरल मॉडल viscoelastic सामग्री है। यह लंबे समय के पैमाने पर चिपचिपा प्रवाह दिखाता है, लेकिन तेजी से विकृतियों के लिए अतिरिक्त लोचदार प्रतिरोध। इसका नाम जेम्स क्लर्क मैक्सवेल के नाम पर रखा गया है जिन्होंने 1867 में मॉडल का प्रस्ताव रखा था। इसे मैक्सवेल द्रव के रूप में भी जाना जाता है।

परिभाषा

मैक्सवेल मॉडल को विशुद्ध रूप से श्यानता डैम्पर और विशुद्ध रूप से लोच (भौतिकी) स्प्रिंग द्वारा श्रृंखला में जोड़ा जाता है, जैसा कि आरेख में दिखाया गया है। इस विन्यास में, लागू अक्षीय तनाव के तहत, कुल तनाव, $\sigma _{\mathrm {Total} }$ और कुल तनाव, $\varepsilon _{\mathrm {Total} }$ निम्नानुसार परिभाषित किया जा सकता है:

$\sigma _{\mathrm {Total} }=\sigma _{D}=\sigma _{S}$

$\varepsilon _{\mathrm {Total} }=\varepsilon _{D}+\varepsilon _{S}$

जहां सबस्क्रिप्ट डी डम्पर में तनाव-तनाव को इंगित करता है और सबस्क्रिप्ट एस वसंत में तनाव-तनाव को इंगित करता है। समय के संबंध में तनाव का व्युत्पन्न लेते हुए, हम प्राप्त करते हैं:

${\frac {d\varepsilon _{\mathrm {Total} }}{dt}}={\frac {d\varepsilon _{D}}{dt}}+{\frac {d\varepsilon _{S}}{dt}}={\frac {\sigma }{\eta }}+{\frac {1}{E}}{\frac {d\sigma }{dt}}$

जहां ई लोचदार मॉड्यूलस है और η चिपचिपाहट का भौतिक गुणांक है। यह मॉडल डैम्पर को न्यूटोनियन द्रव पदार्थ के रूप में वर्णित करता है और वसंत को हुक के नियम के साथ मॉडल करता है।

अगर, इसके बजाय, हम इन दो तत्वों को समानांतर में जोड़ते हैं,हमें एक ठोस केल्विन-वोइग सामग्री का सामान्यीकृत मॉडल मिलता है।

मैक्सवेल सामग्री में, तनाव (भौतिकी) σ, तनाव (सामग्री विज्ञान) ε और समय टी के संबंध में परिवर्तन की उनकी दरें फॉर्म के समीकरणों द्वारा नियंत्रित होती हैं:

${\frac {1}{E}}{\frac {d\sigma }{dt}}+{\frac {\sigma }{\eta }}={\frac {d\varepsilon }{dt}}$

या, डॉट नोटेशन में:

${\frac {\dot {\sigma }}{E}}+{\frac {\sigma }{\eta }}={\dot {\varepsilon }}$

समीकरण या तो कतरनी तनाव या किसी सामग्री में समान तनाव के लिए लागू किया जा सकता है। पूर्व मामले में, चिपचिपापन न्यूटोनियन द्रव के लिए संगत है। बाद के मामले में, तनाव और तनाव की दर से संबंधित इसका थोड़ा अलग अर्थ है।

मॉडल आमतौर पर छोटे विकृतियों के मामले में लागू होता है। बड़े विकृतियों के लिए हमें कुछ ज्यामितीय गैर-रैखिकता शामिल करनी चाहिए। मैक्सवेल मॉडल के सामान्यीकरण के सरलतम तरीके के लिए, ऊपरी संवहन मैक्सवेल मॉडल देखें।

अचानक विकृति का प्रभाव

यदि मैक्सवेल सामग्री अचानक विकृत हो जाती है और एक तनाव (सामग्री विज्ञान) में रखी जाती है $\varepsilon _{0}$, तब तनाव की एक विशिष्ट समय-सीमा पर क्षय होता है ${\frac {\eta }{E}}$, विश्राम के समय के रूप में जाना जाता है। घटना को तनाव विश्राम के रूप में जाना जाता है।

चित्र आयाम रहित तनाव की निर्भरता को दर्शाता है ${\frac {\sigma (t)}{E\varepsilon _{0}}}$ आयामहीन समय पर ${\frac {E}{\eta }}t$:

File:Maxwell deformation.PNG

निरंतर तनाव के तहत आयाम रहित समय पर आयाम रहित तनाव की निर्भरता

यदि हम सामग्री को समय पर मुक्त करते हैं $t_{1}$, तो लोचदार तत्व के मान से वापस आ जाएगा

$\varepsilon _{\mathrm {back} }=-{\frac {\sigma (t_{1})}{E}}=\varepsilon _{0}\exp \left(-{\frac {E}{\eta }}t_{1}\right).$

चूंकि चिपचिपा तत्व अपनी मूल लंबाई पर वापस नहीं आएगा, इसलिए विरूपण के अपरिवर्तनीय घटक को नीचे दी गई अभिव्यक्ति में सरल बनाया जा सकता है:

$\varepsilon _{\mathrm {irreversible} }=\varepsilon _{0}\left(1-\exp \left(-{\frac {E}{\eta }}t_{1}\right)\right).$

अचानक तनाव का प्रभाव

यदि मैक्सवेल सामग्री अचानक तनाव के अधीन है $\sigma _{0}$, तब लोचदार तत्व अचानक ख़राब हो जाएगा और चिपचिपा तत्व एक स्थिर दर से ख़राब हो जाएगा:

$\varepsilon (t)={\frac {\sigma _{0}}{E}}+t{\frac {\sigma _{0}}{\eta }}$

अगर किसी समय $t_{1}$ हम सामग्री जारी करेंगे, फिर लोचदार तत्व का विरूपण स्प्रिंग-बैक विरूपण होगा और चिपचिपा तत्व का विरूपण नहीं बदलेगा:

$\varepsilon _{\mathrm {reversible} }={\frac {\sigma _{0}}{E}},$

$\varepsilon _{\mathrm {irreversible} }=t_{1}{\frac {\sigma _{0}}{\eta }}.$

मैक्सवेल मॉडल रेंगना (विकृति) प्रदर्शित नहीं करता है क्योंकि यह तनाव को समय के रैखिक कार्य के रूप में दर्शाता है।

यदि पर्याप्त लंबे समय के लिए एक छोटा सा तनाव लागू किया जाता है, तो अपरिवर्तनीय तनाव बड़े हो जाते हैं। इस प्रकार, मैक्सवेल सामग्री एक प्रकार का तरल है।

निरंतर तनाव दर का प्रभाव

यदि मैक्सवेल सामग्री निरंतर तनाव दर के अधीन है ${\dot {\epsilon }}$फिर तनाव बढ़ जाता है, के निरंतर मूल्य तक पहुँच जाता है

$\sigma =\eta {\dot {\varepsilon }}$

सामान्य रूप में

$\sigma (t)=\eta {\dot {\varepsilon }}(1-e^{-Et/\eta })$

गतिशील मापांक

मैक्सवेल सामग्री का जटिल गतिशील मापांक होगा:

$E^{*}(\omega )={\frac {1}{1/E-i/(\omega \eta )}}={\frac {E\eta ^{2}\omega ^{2}+i\omega E^{2}\eta }{\eta ^{2}\omega ^{2}+E^{2}}}$

इस प्रकार, गतिशील मापांक के घटक हैं:

$E_{1}(\omega )={\frac {E\eta ^{2}\omega ^{2}}{\eta ^{2}\omega ^{2}+E^{2}}}={\frac {(\eta /E)^{2}\omega ^{2}}{(\eta /E)^{2}\omega ^{2}+1}}E={\frac {\tau ^{2}\omega ^{2}}{\tau ^{2}\omega ^{2}+1}}E$

और

$E_{2}(\omega )={\frac {\omega E^{2}\eta }{\eta ^{2}\omega ^{2}+E^{2}}}={\frac {(\eta /E)\omega }{(\eta /E)^{2}\omega ^{2}+1}}E={\frac {\tau \omega }{\tau ^{2}\omega ^{2}+1}}E$

File:Maxwell relax spectra.PNG

मैक्सवेल सामग्री के लिए विश्राम स्पेक्ट्रम

चित्र मैक्सवेल सामग्री के लिए विश्राम स्पेक्ट्रम दिखाता है। विश्राम का समय स्थिर है $\tau \equiv \eta /E$.

Blue curve	dimensionless elastic modulus ${\frac {E_{1}}{E}}$
Pink curve	dimensionless modulus of losses ${\frac {E_{2}}{E}}$
Yellow curve	dimensionless apparent viscosity ${\frac {E_{2}}{\omega \eta }}$
X-axis	dimensionless frequency $\omega \tau$.

यह भी देखें

• बर्गर सामग्री
• सामान्यीकृत मैक्सवेल मॉडल
• केल्विन–वोइगट सामग्री
• Oldroyd-बी मॉडल
• मानक रैखिक ठोस मॉडल
• ऊपरी संवहन मैक्सवेल मॉडल