Rheologi Ii.docx

Rheologi II 2 Perilaku Kalei Ideal (Newtonian) Teori viskositas berkaitan dengan perilaku cairan Untuk bahan kental, stres, s, adalah fungsi linear dari laju regangan, e. = e / t, yaitu, s = dia. dimana h adalah viskositas Implikasi: S - e. Plot linear, dengan viskositas sebagai lereng Semakin tinggi tegangan yang diterapkan, semakin cepat material akan berubah bentuk Tingkat aliran yang lebih tinggi (misalnya, air) dikaitkan dengan peningkatan besarnya tegangan geser (misalnya, pada kemiringan yang curam)

3 Viscous Deformation Viscous deformation adalah fungsi waktu s = dia. = h e / t Berarti strain yang terakumulasi dari waktu ke waktu (slide berikutnya) Perilaku kental pada dasarnya menghilang Oleh karena itu deformasi tidak dapat diubah, yaitu strain Tidak dapat dipulihkan dan permanen Aliran air adalah contoh perilaku kental Beberapa bagian Bumi berperilaku kental karena banyaknya waktu geologi yang tersedia

4 Perilaku Kental Yang Ideal Integrasikan persamaan s = dia. sehubungan dengan waktu, t: sdt = he. dt st = dia atau s = dia / t atau e = st / h Untuk tegangan konstan, regangan akan meningkat secara linier dengan waktu, e = st / h (dengan kemiringan: s / h) Jadi, stres adalah fungsi ketegangan dan waktu! s = dia / t Analog: Dashpot; piston bocor yang bergerak di dalam silinder berisi cairan. Hambatan yang dihadapi oleh piston berlubang yang bergerak mencerminkan viskositas

5 Viskositas, h Tubuh yang ideal kental disebut cairan Newtonian Cairan Newtonian tidak memiliki kekuatan geser, dan viskositasnya tidak bergantung pada stres Dari s = dia / kita mendapatkan viskositas (h) h = st / e Dimensi h: [ML-1 T-2] [T] atau [ML-1 T-1]

Iklan

6 s = dia. (dyne / cm2) / (1 / s) poise

Satuan Viskositas, h Satuan h: Pa s (kg m -1 s -1) s = dia. (N / m2) / (1 / s) Pa s s = dia. (dyne / cm2) / (1 / s) poise Jika tegangan geser 1 dyne / cm2 bekerja pada cairan, dan menimbulkan laju regangan 1 / s, maka cairan memiliki h 1 poise poise = 0,1 Pa s h air adalah 10-3 Pa s Air sekitar 20 orde besarnya kurang kental dari kebanyakan batu h dari mantel adalah pada pesanan Pa s

7 Perilaku Nonlinear Viskositas biasanya menurun dengan suhu (viskositas efektif) Viskositas efektif: bukan properti material tetapi deskripsi perilaku pada tekanan, laju regangan, dan suhu tertentu Kebanyakan batu mengikuti perilaku nonlinear dan orang menghabiskan banyak waktu untuk mencoba menentukan hukum aliran untuk berbagai jenis batuan ini Umumnya kita tahu bahwa dalam hal ambang creep, kekuatan garam
8 Deformasi Plastik Teori plastisitas berhubungan dengan perilaku yang solid Strain plastik terus menerus - material tidak pecah, dan regangannya tidak dapat diubah (permanen) Terjadi di atas tekanan kritis tertentu ( y, menghasilkan stres = batas elastis) di mana ketegangan tidak lagi linier dengan stres Strain plastik adalah regangan geser pada volume konstan, dan hanya dapat disebabkan oleh tegangan geser Disipatif dan tidak dapat diubah. Jika stres yang diterapkan dihilangkan, hanya regangan elastis yang dibalik Waktu tidak muncul dalam persamaan konstitutif

Iklan

10 Elastis vs Plastik Istilah elastis dan plastik menggambarkan sifat material Rapuh dan getas menggambarkan bagaimana batu berperilaku Batuan adalah bahan elastis dan plastik, tergantung pada tingkat ketegangan dan kondisi lingkungan (stres, tekanan, temp.) Batuan adalah bahan viskoelastis pada kondisi tertentu

11 Deformasi Plastik Untuk padatan plastik sempurna, deformasi tidak terjadi kecuali tegangan sama dengan kekuatan ambang (pada tegangan leleh) Deformasi terjadi tanpa batas di bawah tekanan konstan (yaitu, kekuatan ambang tidak dapat dilampaui) Untuk padatan plastik dengan pengerasan kerja, stres harus ditingkatkan di atas tegangan leleh untuk mendapatkan galur yang lebih besar Baik strain (e) maupun laju regangan (e.) Dari padatan plastik berhubungan dengan stress (s)

12 Brittle vs Ductile Batuan rapuh gagal karena fraktur kurang dari 3-5% regangan Batuan ulet mampu mempertahankan, di bawah satu set kondisi tertentu, 5-10% regangan sebelum deformasi dengan patahan

13 Strain atau Distorsi Komponen deformasi yang berhubungan dengan perubahan bentuk dan volume Jarak antara beberapa partikel berubah Sudut antara garis partikel dapat berubah Ekstensi: e = (l'-lo) / lo = l / lo [tidak ada dimensi] Peregangan: s = l ’/ lo = 1 + e = l½ [tanpa dimensi] Pemanjangan kuadrat: l = s2 = (1 + e) 2 Strain alami (regangan logaritmik): e = S dl / lo = ln l ’/ lo = ln s = ln (1 + e) dan sejak s = l½ kemudian e = ln s = ln l½ = ½ ln l Strain volumetrik: ev = (v’-vo) / vo = v / vo [tidak ada dimensi] Tegangan geser (regangan sudut) g = tan adalah geser sudut (perubahan kecil dalam sudut)

14 Faktor yang Mempengaruhi Deformasi Tekanan pembatas, Pc Tekanan pembatas yang efektif, Pe Tekanan pori, Pf diperhitungkan Suhu, T Tingkat regangan, e.

Iklan

15 Pengaruh T Peningkatan T meningkatkan keuletan dengan mengaktifkan proses kristal-plastik

Meningkatkan T menurunkan tegangan luluh (tekanan maksimum sebelum aliran plastik), mengurangi rentang elastis Meningkatkan T menurunkan kekuatan batu tertinggi Daktilitas:% strain yang bisa diambil batu tanpa retak dalam skala makroskopik

16 e. = de / dt = (dl / lo) / dt [T-1] Tingkat Strain, e. Laju regangan: Interval waktu yang diperlukan untuk mengakumulasi sejumlah strain tertentu Perubahan ketegangan dengan waktu (perubahan panjang per panjang per waktu). Laju regangan lambat berarti regangan berubah perlahan seiring waktu Seberapa cepat perubahan panjang terjadi per satuan waktu e. = de / dt = (dl / lo) / dt [T-1] misalnya, s-1

17 Tingkat regangan geser g. = 2 e. [T-1] Tingkat regangan geser: Tingkat regangan geologis yang khas adalah pada urutan s-1 hingga s-1 Tingkat regangan dampak meteorit adalah pada urutan 102 s-1 hingga 10-4 s-1

18 Pengaruh tingkat regangan e. Penurunan laju regangan: menurunkan kekuatan batu meningkatkan keuletan Pengaruh lambat e. analog dengan peningkatan T Pikirkan tentang menekan vs memalu dempul konyol Batuan lebih lemah pada tingkat regangan yang lebih rendah Deformasi lambat memungkinkan proses kristal-plastik difusional untuk lebih dekat dengan stres yang diterapkan

19 Tingkat Ketegangan (e.) - Contoh 30% ekstensi (yaitu, de = 0,3) dalam satu jam (yaitu, dt = 3600 s) diterjemahkan menjadi: e. = de / dt = 0,3 / 3600 dtk e. = s-1 = 8,3 x 10-5 s -1

20 Strain Rate (e.) - Lebih Banyak Contoh 30% ekstensi (yaitu, de = 0,3) dalam 1 saya (yaitu, dt = 1.000.000 thn) diterjemahkan menjadi: e. = de / dt e. = 0,3 / 1.000.000 thn e. = 0,3 / () (365 x 24 x 3600 s) = 9,5 x s-1 Jika laju pertumbuhan kuku jari Anda sekitar 1 cm / tahun, tingkat regangan, e., Dari kuku jari Anda adalah: e = (l -lo) / lo = (1-0) / 0 = 1 (tidak ada unit)

e. = de / dt = 1 / yr = 1 / (365 x 24 x 3600 s) e. = 3,1 x 10-8 s-1

Iklan

21 Pengaruh Pc Meningkatkan tekanan terbatas: meningkatkan jumlah ketegangan sebelum kegagalan yaitu, meningkatkan keuletan meningkatkan komponen kental dan meningkatkan aliran menolak pembukaan fraktur yaitu, mengurangi regangan elastis

22 Pengaruh Tekanan Cairan Pf Meningkatkan tekanan cairan pori mengurangi kekuatan batu mengurangi keuletan Daktilitas dan kekuatan gabungan yang dikombinasikan mendorong aliran di bawah tekanan fluida pori yang tinggi Dalam kondisi 'basah', batuan lebih mudah berubah oleh aliran Meningkatkan tekanan fluida pori analog dengan penurunan tekanan terbatas

23 Kekuatan Kekuatan Pecah (kekuatan putus) Kekuatan Fundamental Stres diperlukan untuk menyebabkan pecahnya suhu ruang dan tekanan dalam waktu singkat Kekuatan Fundamental Stres di mana bahan mampu bertahan, terlepas dari waktu, di bawah kondisi tertentu T, P, dan kehadiran cairan, tanpa retak atau deformasi terus menerus.

24 Faktor yang Mempengaruhi Kekuatan Peningkatan suhu menurunkan kekuatan Meningkatnya tekanan terbatas menyebabkan signifikan meningkatkan jumlah aliran sebelum pecah meningkatkan kekuatan pecah (yaitu, kekuatan batuan meningkat dengan tekanan yang terbatas Efek ini jauh lebih jelas pada T rendah (<100o) di mana proses gesekan mendominasi, dan berkurang pada T lebih tinggi (> 350o) di mana proses deformasi lentur, yang didominasi suhu, kurang dipengaruhi oleh tekanan

25 Faktor yang Mempengaruhi Kekuatan Meningkatkan waktu menurunkan kekuatan

Solusi (misalnya, air) menurunkan kekuatan, terutama dalam silikat dengan melemahkan obligasi (pelemahan hidrolitik) (OH-pengganti untuk O-) Tekanan fluida yang tinggi melemahkan batu karena mengurangi stres yang efektif

26 Arus Padatan Aliran padatan tidak sama dengan aliran cairan, dan tidak selalu konstan pada suhu dan tekanan tertentu Cairan akan mengalir dengan ditekankan oleh tekanan permukaan - ia bereaksi terhadap gravitasi (tekanan tubuh) Suatu arus yang kuat hanya akan mengalir ketika tegangan ambang batas melebihi tingkat tertentu (menghasilkan tegangan pada diagram Mohr)

27 Rheid Suatu nama yang diberikan kepada suatu zat (di bawah titik lelehnya) yang mengalami deformasi oleh aliran kental (selama waktu tekanan yang diberikan) pada 3 kali lipat (1000 kali) dari deformasi elastis pada kondisi yang sama. Kekeruhan didefinisikan sebagai ketika istilah kental dalam deformasi adalah 1000 kali lebih besar dari istilah elastis (sehingga istilah elastis dapat diabaikan) Suatu lipatan Rheid, oleh karena itu, adalah aliran lipatan - lipatan, lapisan-lapisannya, telah berubah bentuk seolah-olah itu adalah cairan