物件受外力作用,當其內部的應力超過物件材料的屈服點後所產生的應變稱為屈服應變。物件發生屈服應變時,即使在外力不增加的情況下,其應變也將持續增加。一般情況下,物體在受力過程中,將開始產生顯著的塑性應變。屈服應力和屈服應變則幾乎不隨剪下率的變化而變化，且此時測得的屈服應變和控應力載入方式下測得的屈服應變接近。
基本介紹
- 中文名：屈服應變
- 外文名：Yieldstrain
- 發生條件：內部的應力超過物件材料的屈服點
- 表現：外力不增加應變也將持續增加
- 學科：冶金工程
- 領域：冶煉
簡介,實驗,結果與討論,總結,
簡介
屈服特性是膠凝含蠟原油重要的低溫流變性之一。目前國內外學者對該問題的研究主要集中在屈服應力這一方面，而對屈服應變的研究較少。使用控應力流變儀，採用不同的控應力載入條件和恆剪下率載入條件，研究了大慶原油靜態降溫後的屈服特性。控應力載入的實驗結果表明，對於同一結構強度的膠凝含蠟原油，其屈服應變與應力載入方式的關係不明顯，處於一個比較窄的範圍內；而屈服應力與應力載入方式有關，隨著應力載入速率的增大而增大。在控剪下率的實驗中，對於同一結構強度的膠凝含蠟原油，當剪下率大於0.1s-1 時，屈服應力和屈服應變均隨著剪下率的增大而增大。
含蠟原油在析蠟點溫度以下會析出蠟晶，當析出蠟晶的濃度增大到一定程度時(一般占原油體積分數的1%~4%)，絮凝蠟晶之間的范德華力使得蠟晶相互連線，形成類似於凝膠狀，具有高孔隙度的剛性三維網路結構。同時將液態油相包裹在三維網路結構中，使原油膠凝而失去流動性。此時，膠凝含蠟原油具有粘彈、屈服、觸變等複雜的低溫流變性。屈服特性是膠凝含蠟原油重要的低溫流變性之一。對膠凝含蠟原油屈服特性的研究，有助於更深入地了解膠凝含蠟原油的流變力學行為，同時對輸油管道的停輸再啟動具有重要的指導意義。
目前國內外學者對該問題的研究主要集中在屈服應力這一方面，對屈服應力的研究比較深入；對於屈服應變的研究較少，僅得到了一些定性的結論，而對屈服應變的變化規律的認識還很貧乏。本研究使用控應力流變儀，採用不同的應力載入方式（恆應力載入、應力勻速載入、應力階躍載入）和恆剪下率載入的方式，詳細研究了兩種含蠟原油靜態降溫後的屈服特性。
實驗
應力載入實驗使用奧地利Anton Paar 公司的Rheolab QC 旋轉流變儀，恆剪下率載入載入實驗使用德國Hakke 公司的RS 150 流變儀，Rheolab QC 旋轉流變儀採用CC27 P6 測量系統，RS 150 流變儀採用Z41 Ti 同軸圓筒測量系統。流變儀均配備德國Julabo 公司生產的F32-ME 型程控水浴進行溫度控制，控溫精度為±0.1℃。
為消除油樣對熱歷史和剪下歷史的記憶效應，對油樣進行了預處理。具體做法為：將盛有原油的藍蓋瓶放入80℃的恆溫水浴中加熱2 h，使瓶內原油藉助熱運動達到均勻狀態，隨後關掉水浴，讓其自然冷卻至室溫，並在室內陰涼條件下存放48 h，作為實驗的基礎油樣。
將盛有經過預處理油樣的50 ml 藍蓋瓶，放入到60℃的恆溫水浴中，加熱30 min。然後將油樣裝入已預熱至60℃的流變儀圓筒系統中。隨後以0.5℃/min 的降溫速率降至34℃。恆溫90 min 後，啟動流變儀分別進行不同條件的應力載入實驗和剪下率載入實驗。
結果與討論
恆應力載入的實驗結果表明，當恆定應力較小時（14Pa），在實驗的3h 時間範圍內，觀察不到屈服現象的發生；當恆定應力較大時（30Pa），隨著應力的載入，剪下應變急劇增加，原油瞬間屈服；而當恆定應力大小在這兩者之間時，當剪下應變約為0.21 時，原油屈服，但隨著載入應力的增大，屈服所需要的時間縮短。
應力勻速載入的實驗結果表明，隨著應力載入速率的增大，原油達到屈服的時間逐漸縮短。且隨著應力載入速率的增大，原油的屈服應力近乎線性地增大，而屈服應變處於一個較窄的範圍內（0.19~0.22），與應力載入速率的關係不明顯。
應力階躍載入的實驗結果表明，原油的屈服應力隨著平均應力載入速率（應力階躍幅度與單階作用時間的比值）的增大而單調增加；其屈服應變處於一個較窄的範圍內（0.21~0.24），與平均應力載入速率的關係不明顯。
恆剪下率載入的實驗結果表明，當剪下率大於0.1 s-1 時，大慶原油的屈服應變及屈服應力均隨著剪下率的增大近乎線性地增大。而當剪下率不超過0.1 s-1 時，隨著剪下率的增大，大慶原油的屈服應變幾乎不變，處於0.22~0.23 之間的範圍內，這和控應力載入方式下的屈服應變比較接近；而其屈服應力也幾乎不變，落在27.96~29.26Pa 之間的範圍內。
總結
（1）控應力載入的實驗結果表明，對於同一結構強度的膠凝含蠟原油，其屈服應變和應力載入方式的關係不明顯，處於一個比較窄的範圍；而其屈服應力和應力載入方式有關，並隨著應力載入速率的增大而增大。
（2）在控剪下率的實驗中，對於同一結構強度的膠凝含蠟原油，當剪下率大於0.1 s-1 時，屈服應力和屈服應變均隨著剪下率的增大而增大；當剪下率不超過0.1 s-1 時，屈服應力和屈服應變則幾乎不隨剪下率的變化而變化，且此時測得的屈服應變和控應力載入方式下測得的屈服應變接近。
