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Bingham Plastic

1922
  • Eugene C. Bingham

A Bingham plastic is a viscoplastic material that behaves as a rigid body at low stresses but flows as a viscous fluid at high stress. It is characterized by a yield stress, [latex]\tau_0[/latex], which is the minimum shear stress required to initiate flow. Below this threshold, it does not deform. Common examples include toothpaste, mayonnaise, and clay slurries.

Die constitutive equation for a Bingham plastic is given by a two-part model. Below the yield stress ([latex]\tau \tau_0[/latex]), the material flows, and the relationship between stress and shear rate becomes linear: [latex]\tau – \tau_0 = \mu_p \dot{gamma}[/latex]. Here, [latex]\mu_p[/latex] is the plastic viscosity, which represents the fluid’s resistance to flow once it has started moving.

This behavior is due to the presence of an internal structure, such as a network of particles or flocculated colloids, that must be broken down before flow can occur. The yield stress corresponds to the strength of this internal network. For toothpaste, this network holds its shape on the toothbrush. The pressure from squeezing the tube provides a stress greater than the yield stress, causing it to flow. In civil engineering, the yield stress of fresh concrete is crucial for preventing segregation of its components and for ensuring it can be pumped effectively while also retaining its form in molds without slumping.

UNESCO Nomenclature: 2210
– Mechanics

Typ

Material Model

Disruption

Substantial

Verwendung

Widespread Use

Precursors

  • Studies of clay slurries and paints showing a threshold for flow
  • Hooke’s law for solids and Newton’s law for fluids, which Bingham’s model bridges
  • Development of rheological measurement techniques

Anwendungen

  • toothpaste that stays on the brush but flows when squeezed
  • drilling muds that suspend rock cuttings when circulation stops
  • concrete that is pumpable but holds its shape after placement
  • mayonnaise and mustard that remain in place on food
  • paint that does not drip after application

Patente:

DAS

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