ویسکوالاستیسیته (مکانیک)
تاریخچه

در قرن نوزدهم، فیزیک‌دانانی همچون ماکسول، بولتزمن و کلوین پژوهش‌هایی پیرامون خزش مواد (تغییر شکل کند ولی پیوسته مواد تحت تنش ثابت) و بازیابی شیشه‌ها، فلزات و لاستیک‌ها می‌کردند. در اواخر قرن بیستم خاصیت گران‌روکشسان بودن مواد با ظهور مواد سنتز شده پلیمری و کاربرد گسترده آن‌ها در ابعاد مختلف زندگانی بشر با حساسیت بیش‌تری مورد بررسی قرار گرفت. یکی از متغیرهای کمی مهم در محاسبات مربوط به گران‌روکشسانی، η است. معکوس η متغیر معروفی به نام سیالیت است که با نماد φ نشان داده می‌شود. این دو خاصیت به‌طور عمده وابستگی شدیدی نسبت به دما دارند.
در علم مقامت مصالح، یکی از منحنی‌های اساسی و اولیه در دسته‌بندی مواد و شناخت رفتار آن‌ها، منحنی تنش برشی بر حسب کرنش است. برای دسته بزرگی از جامدات، این منحنی روند تقریباً یکسانی دارد و با اعمال تنش برشی، کرنشی متناسب با آن به شکل خطی تا قبل از نقطه تسلیم در ماده ایجاد می‌شود و در صورتی که تنش اعمال شونده از نقطه تسلیم ماده فراتر نرود، با برداشتن آن، ماده به حالت اولیه خود برمی‌گردد؛ ولی اگر تنش از مقداری نهایی و بیشینه که به تنش تسلیم مشهور است، فراتر رود، جامد دچار تغییر شکل دائم شده و با برداشتن تنش، دیگر ماده به حالت اولیه خود بازنمی‌گردد.
نمودار تنش برشی بر حسب کرنش برای سیالات نیز نقش اساسی ایفا می‌کند و در کنار یکی دیگر از نمودارهای پرکاربرد یعنی نمودار تنش برشی بر حسب نرخ برش، از مهم‌ترین روش‌ها برای دسته‌بندی سیالات به‌شمار می‌روند. در ساده‌ترین حالت و برای تعدادی از سیالات مشهور و پر استفاده مانند آب و هوا، تغییرات منحنی تنش برشی بر حسب نرخ برش، به صورت خطی است. به این دسته از سیالات، سیالات نیوتنی گفته می‌شود. برای سایر سیالات پیچیده‌تر، تغییرات نرخ کرنش نسبت به تنش برشی اعمال شده غیرخطی یا به صورت کشسان است. به‌طور تاریخی، به این دسته از سیالات که رفتاری متفاوت با سیالات نیوتنی دارند، سیالات غیرنیوتنی می‌گویند. به‌طور دقیق‌تر، با توجه به تقعر منحنی تنش برشی بر حسب نرخ برش، سیالات غیرنیوتنی، خود به دسته‌های متعدد دیگری تقسیم می‌شوند. یکی از جالب‌ترین دسته‌های سیالات غیرنیوتنی، تیکسوتروپیک‌ها هستند؛ در این سیالات با وجود ثابت ماندن تنش برشی نسبت به نرخ کرنش، با گذشت زمان گران‌روی کاهش می‌یابد؛ یعنی استمرار وجود یک تنش برشی ثابت بر سیال، به مرور زمان باعث کاهش یافتن گران‌روی آن می‌شود. همچنین وقتی تنش برشی تغییر می‌کند، تیکسوتروپیک‌ها از قلمرو سیال بودن خارج می‌شوند و رفتارهای کشسان از خود نشان می‌دهند. بسیاری از مواد گران‌روکشسان رفتاری شبیه به لاستیک‌ها و از جمله مواد کائوچویی دارند و توضیح رفتار آن‌ها توسط نظریه ترمودینامیکی کشسانی پلیمرها صورت می‌گیرد. در واقعیت تمام مواد به شکل‌های گوناگون از قانون هوک انحراف دارند؛ برای مثال بسیاری از مواد در عین این که رفتار لزج گونه از خود نشان می‌دهند، خواص کشسان نیز دارند. مواد گران‌روکشسان از جمله موادی هستند که در آن‌ها رابطه میان تنش برشی و کرنش، وابستگی شدیدی نسبت به زمان دارد. کشسان نبودن ماده‌ای که جامد تلقی می‌شود، نشانه‌ای از گران‌روکشسان بودن آن است؛ به معنا که به هنگام وارد شدن تنش، وضعیت تعادلی خاصی پیدا می‌کنند و با برداشته شدن آن در نهایت به‌طور کامل شکل اولیه خود را بازمی‌یابند.
برخی از پدیده‌های مهم در مواد ویسکوالاستیک عبارت‌اند از:
در صورتی که تنش اعمال شونده ثابت بماند، کرنش به تدریج با گذشت زمان افزایش می‌یابد. (خزش)
در صورتی که کرنش ثابت بماند، تنش با گذشت زمان کاهش می‌یابد. (ریلکسیشن)
سفتی مؤثر، وابسته به سرعت اعمال بار است.
در صورتی که بارگذاری تناوبی به ماده اعمال شود، هیسترزیس رخ می‌دهد و باعث اتلاف انرژی مکانیکی می‌شود.
امواج آکوستیک دچار میرایی می‌شوند.
میزان پاسخ انعکاسی نسبت به ضربه وارد شده کم‌تر از ۱۰۰ درصد آن است.
در طی عملیات نورد، مواد از خود مقاومت سایشی نشان می‌دهند.
به‌طور کلی تمامی مواد دارای مقداری از پاسخ‌های گران‌روکشسان هستند؛ به‌طور معمول فلزاتی مانند فولاد یا آلومینیوم و همچنین کوارتزها، در دمای اتاق و در کرنش‌های پایین، انحراف چندانی از کشسانی خطی ندارند. پلیمرهای سنتز شده، چوب و بافت‌های بدن نیز به مانند فلزات در دماهای بالا، از خود رفتارهای گران‌روکشسان قابل توجهی نشان می‌دهند. در برخی شرایط، ظهور یک رفتار گران‌روکشسان کوچک نیز می‌تواند قابل تأمل باشد. برای همین، در طراحی وسایل و تجهیزات حساس، توجه به چنین رفتارهای مواد جایگاه خاصی دارد. به‌طور کلی، تسلط و احاطه کامل بر رفتارهای گران‌روکشسان مواد نیازمند اندازه‌گیری‌ها و آزمایش‌های زیادی است.
از جمله مواد گران‌روکشسان مشهور می‌توان به پلیمرهای آمورف، پلیمرهای نیمه‌بلوری، بیوپلیمرها، فلزات در دماهای بسیار بالا و مواد قیری اشاره کرد. ترک خوردگی در بافت‌ها و استخوان‌های بدن هنگامی شکل می‌گیرد که کرنش و کشیدگی ناگهانی و بیش از حد کشسان بافت‌ها، به آن‌ها اعمال می‌شود. لیگامنت‌ها و تاندون‌ها موادی گران‌روکشسان هستند؛ در نتیجه شدت جراحت وارد شده بستگی به دو عامل سرعت اعمال کرنش بافت‌ها و نیروی اعمال شده دارد.
یک ماده گران‌روکشسان دارای خصوصیات زیر است:
در منحنی تنش-کرنش آن هیسترزیس وجود دارد. (با اعمال بارها، به مرور کیفیت مقاومت ماده افت پیدا می‌کند)
تنش ریلکسیشن در آن‌ها رخ می‌دهد؛ یعنی با اعمال مستمر کرنش و کشیدگی با مقداری ثابت، تنش کاهش می‌یابد.
در آن‌ها خزش رخ می‌دهد؛ به این معنی که با اعمال مستمر تنش با مقداری ثابت، کرنش افزایش می‌یابد.