流變學(xué)是研究材料的流動和變形的科學(xué)，它是一門介于力學(xué)、化學(xué)、物理與工程科學(xué)之間的新興交叉學(xué)科。這里所說的材料既包括流體形態(tài)，也包括固體形態(tài)的物質(zhì)。在常溫常壓下，物質(zhì)可分為固體、液體和氣體三種狀態(tài)；特殊情況下，還有等離子態(tài)和超固態(tài)。氣體和液體又合稱為流體。
從力學(xué)分析的角度，通常認為流體與固體的主要差別在于，它們對于外力的抵抗能力不同。固體有能力抵抗一定大小的拉力、壓力和剪切力。當(dāng)外力作用在固體上時，固體將產(chǎn)生一定程度的相應(yīng)變形。固體靜止時，可以有法向應(yīng)力和切向應(yīng)力。而流體在靜止時，則不能承受切向應(yīng)力，微小的剪切刀將使流體產(chǎn)生連續(xù)不斷的變形。只有當(dāng)剪切力停止作用時，流體的變形方會停止。流體這種在外力作用下連續(xù)不斷變形的宏觀性質(zhì)，通常稱為流動性。
一般認為，英國物理學(xué)家虎克于1678年首先提出了，在小變形情況下，固體的變形與所受的外力成正比。這一彈性體變形與應(yīng)力關(guān)系的基本規(guī)律，后來稱為虎克定律。
英國科學(xué)家牛頓在1687年最先提出了流體的應(yīng)力和應(yīng)變率成正比，后來將此稱為牛頓黏性定律，并將符合這一規(guī)律的流體稱為牛頓流體，其中包括最常見的流體—水和空氣，而將不符合這一規(guī)律的流體稱為非牛頓流體。
上述兩定律是在17世紀(jì)發(fā)表的，但直到19世紀(jì)末才由柯西、納維、斯托克斯等人推廣到三維變形和流動，并為科學(xué)界廣泛接受。從那以后，虎克彈性固體力學(xué)和牛頓流體力學(xué)隨著它在許多工程分支學(xué)科中的應(yīng)用，而得到巨大的發(fā)展。但是流變學(xué)通常并不包括對上述兩種情況的研究，流變學(xué)要研究更加復(fù)雜的材料。
流變學(xué)的誕生
1928年雷納應(yīng)邀從巴勒斯坦到美國訪問，與印地安納州lafayette學(xué)院的賓漢 (bingham,e.c.,1878-1945) 教授一起工作。賓漢對雷納說，我（一個化學(xué)家）和你（一個土木工程師），一起工作解決共同的問題。
隨著膠體化學(xué)的發(fā)展，這種工作方式將會變得很平常，因此需要建立一個物理學(xué)科的分支來處理這類問題。雷納告訴賓漢，這樣的分支是存在的，并且作為連續(xù)介質(zhì)力學(xué)而被人們所認識。賓漢認為這樣做不好，會嚇跑化學(xué)家，需要給它起一個新的名字。
賓漢請教了一位擔(dān)任古典文學(xué)教授的同事，根據(jù)公元前6世紀(jì)古希臘哲學(xué)家赫拉克利特 (heraclitus)“一切皆流”的說法，提出了“流變學(xué)”(rheology) 這個名字。rheo一詞來源于希臘語rheos（流動）之意。rheology的中文譯名沒有簡單地譯成流動學(xué)，而是創(chuàng)造性地譯成流變學(xué)，既有流動，又有變形。
賓漢于1928年在美國提議成立了流變學(xué)會 (rheological society)，研究材料的變形和流動。1929年召開了流變學(xué)會的第一次會議，并創(chuàng)辦了《流變學(xué)雜志》。這個流變學(xué)雜志，在1933年后曾停止出版；1957年作為《transactions of society of rheology》重新出版；1978年又恢復(fù)其最初的名字《流變學(xué)雜志》(journal of rheology)。
賓漢是流變學(xué)的奠基人。他研究了懸膠、油漆、水泥等一些材料的流變特性，寫了一系列論文，特別是在1919年和h.格林聯(lián)合發(fā)表的論文“油漆是一種塑性材料而不是黏性流體”，該文指出，油漆在剪切應(yīng)力較小時，剪切應(yīng)變率為零（或不發(fā)生流動），只有在剪切應(yīng)力超過臨界值（即屈服應(yīng)力）時，才發(fā)生流動，這時應(yīng)變率和應(yīng)力與屈服應(yīng)力之差成正比。后來人們將具有這種流變規(guī)律或本構(gòu)關(guān)系的材料或物質(zhì)，稱為黏塑性材料或賓漢塑性材料（簡稱賓漢體）。
除油漆外，石膏、懸膠、面粉團，水泥砂漿等均可作為賓漢體來處理。圣維南的塑性流動材料（注：圣維南是法國力學(xué)家，圣維南原理（saint venant’s principle）是彈性力學(xué)的基礎(chǔ)性原理）和牛頓流體，均可作為賓漢體的特殊情況，前者的流動速度為零，后者的屈服應(yīng)力為零。
直到第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)以前，美國流變學(xué)會仍是世界上唯一的流變學(xué)會。1939年，荷蘭皇家科學(xué)院成立了以j.m.伯格斯為首的流變學(xué)小組。1940年，英國成立了流變學(xué)家俱樂部。
1945年12月國際科學(xué)聯(lián)合會 (international council of scientific unions) 組織了一個流變學(xué)委員會。1947年在馮·卡門主席的主持下舉行了第一次會議，代表們來自物理、化學(xué)、生物科學(xué)、大地測量、空氣物理、理論和應(yīng)用力學(xué)的國際聯(lián)合會。委員會的職能是：對流變學(xué)的專門名詞進行命名；對流變學(xué)的論文進行摘要；組織國際流變學(xué)會議等。1968年前，國際流變學(xué)會議每5年舉行一次。1968年以后，每4年舉行一次。1973年國際流變學(xué)委員會被接納為國際純粹和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會的分支機構(gòu)。1974年國際流變學(xué)專業(yè)委員會被接納為國際理論和應(yīng)用力學(xué)聯(lián)合會的分支機構(gòu)。
流變學(xué)的研究對象之一——流動的固體
流動的固體，是指彈性形變與黏性流動同時存在的物體。“彈性形變”是指短暫的、能恢復(fù)原狀的形變。而“黏性流動”是指持續(xù)的、不能恢復(fù)原狀的形變，它也被稱為“流變”。過去一般談固體時，是指只有彈性形變的物體；談到流體時，是指只有黏性流動的流體。實際上，同時具有這兩種性質(zhì)的物體是很多的。
用鋼棒和瀝青棒作如下的實驗：
將鋼捧放在兩支點上，棒的正中間放一重物，此時鋼棒彎了；當(dāng)重物取走時，彎曲了的鋼棒能完全恢復(fù)原狀如下圖a。鋼棒此時是彈性形變。將瀝青棒放到兩支點上，如下圖b那樣，中間也放一重物。重物放置一段時間后取走，瀝青捧稍恢復(fù)了一點，但并沒恢復(fù)原狀，還是彎的。這里的瀝青棒，除有彈性形變外，己有了流變。
如在瀝青棒中間用手快速按一下，抬起手后，它能恢復(fù)原狀，表現(xiàn)出很好的彈性。但若手按下較長時間再抬起，就己不能恢復(fù)原狀。同是一根瀝青捧，迅速按一下，它是彈性體；較長時間地按，又顯現(xiàn)有流體的性質(zhì)。
實際上很多物體，當(dāng)外力作用的時間小于某一時間時，物體表現(xiàn)出彈性；當(dāng)外力作用的時間大于這一時間，物體就會流變。這個時間就叫做物體的“緩和時間”。
“緩和時間”是一個時間閾值，當(dāng)外力作用時間超過此閾值時，物體的彈性就會“緩和”而產(chǎn)生流變。彈性體與流體之所以不同，也可認為只是其緩和時間不同而已。緩和時間無限長的物體，是理想的彈性體；緩和時間等于零的物體是理想的流體。具有彈性和黏性混合性質(zhì)的物體，其緩和時間既不為零，也不是無窮大，它們就是可流動的固體，或者是有彈性的流體。
固體表現(xiàn)出流動的性質(zhì)，除了外力作用時間的因素外，還有溫度的因素。當(dāng)溫度不斷升高時，大部分物體都會要流變，表現(xiàn)出流體的性質(zhì)。
金屬由應(yīng)力引起的應(yīng)變隨時間變化的流動現(xiàn)象，稱為蠕變。通常，升高溫度或者增加應(yīng)力會使蠕變加快并縮短達到斷裂的時間。金屬材料在恒拉應(yīng)力作用下，經(jīng)過一定的時間以后發(fā)生斷裂的現(xiàn)象稱為蠕變斷裂。在土木工程中，土地基的流變可延續(xù)數(shù)十年之久。地下隧道竣工數(shù)十年之后，仍可出現(xiàn)蠕變斷裂。固體材料的蠕變是流變學(xué)研究的重要課題。
現(xiàn)代工業(yè)需要耐高溫、耐蠕變的高質(zhì)量的金屬、合金、陶瓷和高強度的聚合物，因此與固體蠕變斷裂有關(guān)的流變學(xué)分支會迅速發(fā)展起來。核工業(yè)中核反應(yīng)堆和粒子加速器的發(fā)展，也為研究幅射產(chǎn)生的流變打開了新的領(lǐng)域。
在地球科學(xué)中，人們很早就知道時間過程這一重要因素。當(dāng)觀察地質(zhì)斷面時，可以看到巖石有皺紋的褶曲結(jié)構(gòu)，這是巖石在流動的證據(jù)。在幾億年的地質(zhì)年代里，巖層受著橫向的力而流變成褶曲形狀。
在江西廬山蘆林橋附近，有一處“第四紀(jì)冰川遺跡”，己立碑成為向旅游者展示巖石也在流動的景點。有人曾測量計算過冰川的黏性，大約是混凝土的100萬倍；而混凝土的黏性，大約是水的100億倍?？梢姛o論冰川是多么“黏”，多么難于流動，經(jīng)過了幾千年、幾萬年，終究還是在慢慢地向下流動著。
流變學(xué)為研究地殼中有趣的地球物理現(xiàn)象（如冰川期以后的上升、層狀巖層的褶皺、造山作用、地震成因以及成礦作用等）提供了物理-數(shù)學(xué)工具。對于地球內(nèi)部的過程，如巖漿活動、地幔熱對流等，也可利用高溫、高壓巖石流變試驗來模擬，從而推動了地球動力學(xué)的研究。
非牛頓流體是指不滿足牛頓黏性實驗定律的流體，即其剪應(yīng)力與剪切應(yīng)變率之間不是線性關(guān)系的流體。非牛頓流體廣泛存在于生活、生產(chǎn)和大自然之中。
絕大多數(shù)生物流體都屬于現(xiàn)在所定義的非牛頓流體。人身上血液、淋巴液、囊液等多種體液，以及像細胞質(zhì)那樣的“半流體”都屬于非牛頓流體。
近幾十年以來，促使非牛頓流體研究迅速發(fā)展的主要動力之一，是聚合物工業(yè)的發(fā)展。絕大多數(shù)聚合物，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯酰、尼龍、pvs、賽璐珞、滌綸、橡膠溶液、各種工程塑料、化纖的熔體、溶液等，都是非牛頓流體。
石油、泥漿、水煤漿、陶瓷漿、紙漿、磁漿、油漆、油墨、牙膏、泡沫、液晶、泥石流、地幔、鉆井用的洗井液和完井液、感光材料的涂液、高含沙水流等都是非牛頓流體。
在食品工業(yè)中，蛋清、煉乳、瓊脂、果醬、醬油、土豆?jié){、番茄汁、淀粉液、蘋果漿、濃菜湯、糖稀、熔化巧克力、面團、米粉團以及魚糜、肉糜等各種糜狀食品物料，也都是非牛頓流體。
總之，在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中常遇到的各種高分子溶液、熔體、膏體、凝膠、交聯(lián)體系、懸浮體系等復(fù)雜性質(zhì)的流體，差不多都是非牛頓流體。有時為了工業(yè)生產(chǎn)的目的，在某種牛頓流體中，加入一些聚合物，在改進其性能的同時，也將其變成為非牛頓流體，如為了提高石油產(chǎn)量使用的壓裂液、新型潤滑劑等。
現(xiàn)在也有人將血液、果漿、蛋清、奶油等這些非常黏稠的流體，牙膏、石油、泥漿、油漆、各種聚合物（聚乙烯、尼龍、滌綸、橡膠等）溶液等非牛頓流體，稱為軟物質(zhì)。
非牛頓流體有許多奇妙的特性，如射流脹大、無管虹吸、剪切變稀、拔絲、湍流減阻等，其中有一個使人感興趣的特性，就是部分非牛頓流體具有彈性，亦稱為黏彈性流體。當(dāng)旋轉(zhuǎn)桿插入黏彈性流體時，流體將沿桿向上爬，液面呈凸形。
中國流變學(xué)研究
中國最早從事流變學(xué)研究工作的可能是地質(zhì)力學(xué)家。第一本翻譯成中文的流變學(xué)書籍，是雷納的《理論流變學(xué)講義》，是由中國科學(xué)院巖體土力學(xué)研究所的6位研究人員于1965年合譯出版的.
1978年制定全國力學(xué)發(fā)展規(guī)劃時，認為流變學(xué)是必須重視和加強的薄弱領(lǐng)域。1985年中國力學(xué)學(xué)會與中國化學(xué)會聯(lián)合成立了流變學(xué)專業(yè)委員會，并在湖南長沙召開了第一屆全國流變學(xué)學(xué)術(shù)會議。經(jīng)中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會批準(zhǔn)，中國流變學(xué)專業(yè)委員會對外稱為“中國流變學(xué)會”，第一屆的主任委員是北京大學(xué)教授、英藉華人科學(xué)家陳文芳。
第一屆全國流變學(xué)會議有來自高等院校、研究和生產(chǎn)部門的178位代表參加，提交了125篇研究論文。會后由學(xué)術(shù)期刊出版社出版了《流變學(xué)進展─中國化學(xué)會、中國力學(xué)學(xué)會第一屆全國流變學(xué)會議論文集》，收入115篇論文，按內(nèi)容分別列為專題評論、非牛頓流體力學(xué)、聚合物熔體、聚合物溶液、黏彈性和固體力學(xué)、分散體系、生物醫(yī)學(xué)物質(zhì)、聚合物加工、流變測量法等9章，反映了當(dāng)時中國流變學(xué)研究的狀況。
1987年在成都召開了第二屆全國流變學(xué)會議，并開始使用中國流變學(xué)會的會徽。1990年在上海，1993年在廣州，1996年在北京，1999年在武漢，2002年在廊坊，2006年在濟南，2008年在長沙，分別召開了第3至9屆全國流變學(xué)會議，每屆會議均正式出版了會議論文集。1995年在上海、1997年在西安、2000年在合肥召開了電-磁流變學(xué)全國會議。1991年10月在北京還召開了“中日國際流變學(xué)學(xué)術(shù)會議”。受國際理論與應(yīng)用力學(xué)聯(lián)合會 (iutam) 委托，1997年9月在北京召開了“帶缺陷物體流變學(xué)科學(xué)研討會”。另外，2005年在上海召開了第四屆泛太平洋地區(qū)國際流變學(xué)學(xué)術(shù)會議 (prcr4)。這三次國際會議也都出版了論文集。
從這段流變學(xué)產(chǎn)生的簡史可以看出，流變學(xué)從一開始就是由于工程實際的需要，從連續(xù)介質(zhì)力學(xué)和膠體化學(xué)的邊緣上生長出來的新興交叉學(xué)科，它不但從一開始就溝通了力學(xué)和化學(xué)這兩個一級學(xué)科，而且在力學(xué)中也溝通了流體力學(xué)和固體力學(xué)這兩個二級學(xué)科。
流變學(xué)是溝通流體力學(xué)和固體力學(xué)的學(xué)科
反映物質(zhì)或材料物理性質(zhì)之間的關(guān)系式，統(tǒng)稱為本構(gòu)方程（或本構(gòu)關(guān)系）。在固體力學(xué)中，本構(gòu)方程一般專指應(yīng)力張量與應(yīng)變張量之間的關(guān)系。在流體力學(xué)中，本構(gòu)方程是指應(yīng)力張量與應(yīng)變率張量之間的關(guān)系。
對于固體，人們己認識到同時體現(xiàn)彈性形變黏性流變的材料，是黏彈性材料。材料的黏彈性又可分為線性和非線性兩大類。若材料兼有塑性和黏性的性質(zhì)，則稱為黏塑性材料，對于聚合物和一定條件下的金屬往往需要考慮其黏塑性。
當(dāng)應(yīng)力達到一定值時，黏彈性材料呈塑性變形，或物體在彈性變形過程和塑性階段均具有黏性效應(yīng)，則稱這種材料為黏彈塑性材料。許多作者已在研究工作中討論和使用黏彈性、黏塑性和黏彈塑性的本構(gòu)方程，這實際上已突破經(jīng)典的固體力學(xué)本構(gòu)關(guān)系，進入了固體流變學(xué)的領(lǐng)域。在固體力學(xué)研究中，因要深入研究材料的破壞機理，還要類似流體力學(xué)，對固體材料考慮應(yīng)變率，研究其動力學(xué)過程。
流體力學(xué)的研究內(nèi)容，在20世紀(jì)中期之后已有了很大的轉(zhuǎn)變。在石油、化工、能源、材料、生物工程和環(huán)保等領(lǐng)域所遇到的流體，常是非牛頓流體。由于非牛頓流體涉及許多工業(yè)生產(chǎn)部門的工藝、設(shè)備、效率和產(chǎn)品質(zhì)量，也涉及人本身的生活和健康，所以越來越受到力學(xué)工作者的重視。
流變學(xué)是力學(xué)在20世紀(jì)與化學(xué)、物理、工程科學(xué)交叉發(fā)展的新興學(xué)科。中國許多力學(xué)工作者的工作，實際上已涉足流變學(xué)的研究領(lǐng)域。但由于對流變學(xué)缺乏了解，而又未意識到，因此也就未能從與工程科學(xué)密切聯(lián)系又正蓬勃發(fā)展的流變學(xué)中吸取營養(yǎng)。力學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵之一，在于與各個學(xué)科及工程領(lǐng)域相結(jié)合，流變學(xué)正是這樣一個有生命力的重要研究領(lǐng)域。