Beschreibung und Verschreibung der konstitutiven Antwort von Fließspannungsfluiden unter Verwendung von großamplitudigen oszillierenden Scherströmen (LAOStress)

Großamplitudige oszillierende Scherung (LAOS) wird als Werkzeug verwendet, um die nichtlineare rheologische Antwort eines Modell-elasto-viskoplastischen Materials (einem Carbopol-Mikrogel) zu untersuchen. Im Gegensatz zu den meisten aktuellen Studien werden diese großamplitudigen Messungen in einer spannungskontrollierten Weise durchgeführt. Wir skizzieren ein beschreibendes Rahmenwerk von Charakterisierungsmaßnahmen für nichtlineare Rheologie unter spannungskontrolliertem LAOS, und dies wird experimentell dem dehnungssteuerbaren Rahmenwerk gegenübergestellt, das häufiger verwendet wird. Wir zeigen, dass diese spannungskontrollierte Methodik eine physikalisch intuitive Interpretation des Fließverhaltens von elasto-viskoplastischen Materialien ermöglicht. Die durch diese nichtlinearen Maßnahmen gewonnene Einsicht in das Materialverhalten wird dann genutzt, um zwei konstitutive Modelle zu entwickeln, die die rheologische Antwort des Carbopol-Mikrogele vorschreiben. Wir zeigen, dass diese beiden sukzessiv raffinierteren konstitutiven Modelle, die auf der Idee der Dehnungszerlegung basieren, die wichtigen Merkmale der nichtlinearen Rheologie des Mikrogels kompakt erfassen. Das zweite konstitutive Modell, das das Konzept der kinematischen Härtung einbezieht, verkörpert alle wesentlichen Verhaltensweisen, die von Carbopol gezeigt werden. Dazu gehören elasto-viskoplastische Kriechvorgänge und zeitabhängige Viskositätsplateaus unterhalb einer kritischen Spannung, eine Viskositätsbifurkation bei der kritischen Spannung und ein Herschel–Bulkley-Fließverhalten bei großen Spannungen.