ヒステレシス
外的力に対してゆっくりと反応したり、完全に元の状態に戻らない傾向

ヒステリシス性は「遅れ」を意味する「ヒステリシス」に由来します。これは、外力に対してゆっくりと反応する、または元の状態に完全には戻らない傾向を指します。ヒステリシスループ内の面積は熱に消散するエネルギーを表し、エネルギーの単位を持つ示量ですが、ヒステリシス性は弾性エネルギーのうち熱に失われる割合を表し、無次元の示量特性です。

概要

力が材料を変形すると、弾性応力と内部摩擦応力が発生します。ほとんどの場合、摩擦応力は粘性流体の流れによって生じる応力に類似しているものとして説明されますが、多くの工学材料、柔らかい生物組織、および生体細胞では、摩擦が粘性応力によってのみ生じるという概念は誤りであることが現在ではわかっています。[1] [2] たとえば、ベイリスとロバートソン[3]とヒルデブラント[4]は、肺組織の摩擦応力は肺の拡張量には依存しますが、拡張速度には依存しないことを実証しましたが、この発見は、摩擦が粘性応力によって引き起こされるという概念とは根本的に矛盾しています。粘性応力によらない場合、摩擦はどのように発生し、どのように適切に説明されるのでしょうか。

多くの不活性物質および生体物質において、弾性応力と摩擦応力の関係はほぼ不変（変態によって変化しない）であることが分かっています。例えば肺組織では、摩擦応力は弾性応力の0.1～0.2の範囲にほぼ一定で存在します。この割合はヒステレシス係数h、あるいは構造減衰係数と呼ばれます。[2] したがって、周期的な変形中に蓄えられる最大弾性ひずみエネルギーの単位ごとに、その弾性エネルギーの10～20%が摩擦として消費され、熱によって不可逆的に失われるという単純な現象的事実があります。この一定の関係は、肺全体[5] 、[6] [7]、孤立した肺実質組織片[8] 、孤立した平滑筋片[2] [9]、さらには孤立した生体細胞[10] [11] [12] [13]においても成立します。

摩擦応力と弾性応力のこの密接な関係は構造減衰法則[1] [2] [4] [14]または定常位相モデルと呼ばれることもある[5] 。 構造減衰法則は、摩擦損失が粘性応力ではなく弾性応力に密接に結合していることを示唆しているが、この現象の正確な分子力学的起源は未だ不明である [10] [15] 。材料科学において、振動変形周波数fにおける材料の複素弾性率G *( f ) は、

G ∗ （ f ） ＝ G ′ + j G ″ {\displaystyle G^{*}(f)=G'+jG''}

どこ：

この関係は次のように書き直すことができる。

  G ∗ （ f ） ＝ G ′ （ 1 + j h ） {\displaystyle \G^{*}(f)=G'(1+jh)}

どこ：

  • h = G ''/ G ′。

構造減衰則に従うシステムでは、ヒステリシスhは振動周波数の変化に対して一定または鈍感であり、損失弾性率G ''（= hG ′）は弾性係数の一定割合になります。

参照

参考文献

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さらに読む

  • Kaczka, David W.; Ingenito, Edward P.; Suki, Bela; Lutchen, Kenneth R. (1997-05-01). 「ヒトにおける気道および肺組織抵抗の分配：気管支収縮の影響」. Journal of Applied Physiology . 82 (5). American Physiological Society: 1531– 1541. doi :10.1152/jappl.1997.82.5.1531. ISSN  8750-7587. PMID  9134903.
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