1. Linear to Non-linear Rheology of Wheat Flour Dough
- Author
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Mahesh Padmanabhan, Trevor S. K. Ng, and Gareth H. McKinley
- Subjects
extensional rheology ,Chemistry ,Rheometer ,Thermodynamics ,Condensed Matter Physics ,Small amplitude ,Extensional definition ,Condensed Matter::Soft Condensed Matter ,Relaxation modulus ,Rheology ,Polymer chemistry ,strain-hardening ,TA401-492 ,General Materials Science ,filament stretching ,Damping function ,gel equation ,Materials of engineering and construction. Mechanics of materials ,damping function - Abstract
We provide an overview of transient extensional rheometry techniques for wheat flour doughs in which the deformation and material response is well defined. The behavior of a range of model doughs was explored with a Filament Stretching Extensional Rheometer (FISER). The measurements were also compared to data obtained with a new wind-up extensional rheometer; the SER universal testing platform. A simple empirical constitutive equation, which allows characterization of the experimental results with a small number of parameters, is presented to describe the resulting measurements. To characterize the relaxation modulus of the doughs, small amplitude oscillatory tests were performed on samples that have been shear-mixed in a mixograph for varying lengths of time. The linear viscoelastic properties were found to exhibit a broad power-law dependence on the imposed oscillatory frequency that is very reminiscent of that exhibited by a critical gel. The critical gel model of Winter-Chambon [1, 2] was used as the basis for constructing a non-linear constitutive equation for the material stress by combining the relaxation modulus for the critical gel with a Lodge rubber-like liquid form for the kinematics. Transient uniaxial extensional data recorded from the FISER and SER instruments were then compared to the predictions of the constitutive equation. The model captures the initial power-law response and subsequent strain-hardening; however additional physics is required to describe the rheological phenomena at very large Hencky strains, including finite extensibility effects and filament rupture in extensional flows. Zusammenfassung: Wir geben eine Ubersicht uber Techniken der transienten Dehnrheometrie fur Weizenmehlteig, bei denen die Deformation und die Antwort des Materials wohl definiert sind. Das Verhalten einer Serie von Weizenmehlteigmodellsubstanzen wurde mit dem sog. Filament Stretching Extensional Rheometer (FISER) untersucht. Die Messungen wurden auch mit Daten verglichen, die mit einem sog. Wind-Up-Rheometer erhalten wurden, der SER Universal Testing Platform. Eine einfache empirische Konstitutivgleichung wurde entwickelt, um die Messresultate zu beschreiben, die die Charakterisierung der experimentellen Resultate mit Hilfe von wenigen Parametern erlaubt. Um den Relaxationsmodul von Weizenmehlteig zu charakterisieren, wurden Oszillationsmessungen bei kleiner Amplitude mit Weizenmehlteig durchgefuhrt, der bei unterschiedlicher Dauer in einem Mixograph durch Scherung gemischt worden war. Die linear-viskoelastischen Eigenschaften zeigten eine breite Potenzgesetzabhangigkeit als Funktion der Frequenz, die ahnlich dem Verhalten eines kritischen Gels ist. Das Modell des kritischen Gels von Winter-Chambon [1, 2] wurde als Grundlage genutzt, um eine nichtlineare Konstitutivgleichung fur die Materialspannung zu erhalten durch die Kombination des Relaxationsmoduls des kritischen Gels mit einer Lodge-Gummi-Flussigkeit-Gleichung fur die Kinematik. Transiente uniaxiale Dehndaten des FISER und des SER wurden dann mit den Vorhersagen der Konstitutivgleichung verglichen. Das Modell beschreibt die anfangliche Potenzgesetz-Antwort und die nachfolgende Dehnverfestigung. Jedoch ist zusatzliche Physik notwendig, um die Phanomene bei grossen Dehnungen zu beschreiben einschliesslich der Effekte basierend auf der endlichen Verstreckbarkeit und des Reissens des Filaments in der Dehnstromung. Resume
- Published
- 2006