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屈服应力流体(YSF, Yield Stress Fluid)是指外力小于某临界值时会表现为类固体行为,而在外力大于某临界值时会表现为类液体行为的一类流体,广泛存在于日常生活、工业生产和自然界中,对于它的研究具有重要理论意义和实际应用意义。其固液转变和触变性等复杂流变行为是流变学领域的重要研究内容之一。本文选取了两种非常具有代表性的屈服应力流体作为研究对象,一种是典型的触变性屈服应力流体 Laponite凝胶,另一种是典型的简单屈服应力流体 Carbopol凝胶。 简单屈服应力流体和的触变性屈服应力流体在各种非线性流变测试模式中的流变行为都已得到广泛的研究,但是前人的研究不够系统。本文首先通过触变环测试(Thixotropic loop test)验证了这两种屈服应力流体的触变性的差异,并在瞬态的剪切速率扫描(Shear rate ramp)、瞬态的剪切应力扫描(Shear stress ramp)、蠕变(Creep)、启动流动(Start-up shear)等测试模式下系统地比较了了这两种典型屈服应力流体的固液转变行为的差异。这些差异反映了两种流体固液转变过程中结构破坏的机制和静置条件下内部结构恢复的机制的区别。 然后着重考察了两种屈服应力流体在控应力模式的大振幅振荡剪切(Large amplitude oscillatory shear, LAOS)流场下的非线性流变行为的差异。比较了这两种流体表观的动态模量和傅里叶变换(Fourier transform)后高次倍频的参数的差异,发现表观的动态模量不足以描述两种屈服应力流体在LAOS下屈服转变的历程和机理的区别,而傅里叶变换流变学的方法得到的高次倍频的参数可以很清晰地界定两种样品在LAOS下的非线性行为和屈服转变行为的差异。此外提出了利用应变分解法(Strain decomposition)处理LAOS下得到的应变响应数据,定义了非线性模量和非线性粘度参数来描述流体的特性。发现应变分解发得到的参数更能反映屈服应力流体的内部结构和流动状态信息,可以界定振荡流场下两种屈服应力流体不同的老化(Aging)和剪切回复(Shear Rejuvenation)的机理。 为了考察震荡剪切流场下,触变性的屈服应力流体和简单屈服应力流体的局部流动行为宏观的非线性流变行为的影响,本文还利用粒子示踪测速(PTV)的方法来对两种流体的局部流动行为进行了初步的研究。