对宏观的力学中连续介质假设的理解,以及对流体力学中平均速度的理解,以及流体与固体在力学上的本质区别

对宏观的力学中连续介质假设的理解:
宏观的力学(如流体力学、弹塑性力学等)研究的对象是大量分子的集合,这时候每个集合构成一个个小微元体,整个对象就是由这无数个小微元体连续无间隙地构成。因为我们只需要关注每个集合上对象的性质,如密度、速度、应力、形变等,不需要进入集合内部去探寻分子间的作用力,所以每一个集合都可以看作是连续无间隙的,这样反映出的宏观性质与真实物体的宏观性质是一样的。只不过做数值积分或划分网格时dx、dy、dz等空间尺寸的自变量微分应当远大于该物质的分子平均自由行程,否则集合中的物理性质随时间将无规则改变,不能再将其看作连续介质,此时应用分子统计力学来解决。
对宏观的力学中连续介质假设的理解,以及对流体力学中平均速度的理解,以及流体与固体在力学上的本质区别_第1张图片
从资料中可以看到,在常温常压下气体的分子平均自由行程大概是50nm,水分子是5nm。

对流体力学中平均速度的理解:
实际流场中各点速度可能不同,为简化计算,通过真实流量定义了平均速度;则可用平均速度来表示平均动量,并通过动量修正系数来近似表示真实动量;则可用平均速度来表示平均能量,并通过能量修正系数来近似表示真实能量。

流体与固体在力学上的本质区别:
本质区别就是流体具有流动性(持续的剪切变形)而固体不具备。虽然宾汉流体需要剪应力超过临界值才开始流动,但一旦开始流动,就算剪应力不变,流动也会持续下去;常见的另外三种流体更是只要稍稍存在剪应力,流动就会一直持续下去。而固体是不具有这个特征的,就算有些材料(如钢材)进入屈服阶段后会呈现出(总体上)应力不增加应变也会增加的现象,但那毕竟是占比很小的一部分应变,并且进入强化阶段后又会呈现出增大应力,应变才增加,应力不变,应变就不变的特征。所以流体在剪应力下呈现持续地变形,而固体必须增大应力才会增加变形。

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