Materiale elastice: tipuri, caracteristici și exemple

Materialele elastice sunt acele materiale care au capacitatea de a rezista unei influențe sau forței distorsionante sau distorsionante și apoi să se întoarcă la forma și mărimea inițială atunci când aceeași forță este îndepărtată.

Elasticitatea liniară este utilizată pe scară largă în proiectarea și analiza structurilor cum ar fi grinzi, plăci și foi.

Materialele elastice au o importanță deosebită pentru societate, deoarece multe dintre ele sunt folosite pentru îmbrăcăminte, pneuri, piese auto, etc.

Caracteristicile materialelor elastice

Atunci când un material elastic este deformat cu o forță exterioară, el se confruntă cu o rezistență internă la deformare și îl readuce la starea inițială dacă forța externă nu mai este aplicată.

Într-o anumită măsură, cele mai multe materiale solide prezintă un comportament elastic, însă există o limită a amplorii forței și a deformării însoțitoare în această recuperare elastică.

Un material este considerat elastic dacă poate fi întins până la 300% din lungimea inițială.

Din acest motiv există o limită elastică, care este cea mai mare rezistență sau tensiune pe unitatea de suprafață a unui material solid care poate rezista la deformarea permanentă.

Pentru aceste materiale, limita de elasticitate marchează sfârșitul comportamentului său elastic și începutul comportamentului plastic. Pentru materialele mai slabe, stresul sau stresul asupra rezistenței la curgere rezultă în fractura lor.

Puterea de curgere depinde de tipul de solid considerat. De exemplu, o bară metalică poate fi întinsă elastic până la 1% din lungimea inițială.

Cu toate acestea, fragmentele din anumite materiale gumoase pot avea extensii de până la 1000%. Proprietățile elastice ale celor mai intenționate solide tind să scadă între aceste două extreme.

Poate că te-ar putea interesa Cum se sintetizează un material stretch?

Tipuri de materiale elastice

Modele de materiale elastice Cauchy

În fizică, un material elastic Cauchy este unul în care tensiunea / tensiunea fiecărui punct este determinată numai de starea curentă de deformare față de o configurație de referință arbitrară. Acest tip de material este denumit și material simplu elastic.

Pornind de la această definiție, tensiunea dintr-un material elastic simplu nu depinde de calea de deformare, de istoria deformării sau de timpul necesar pentru a realiza această deformare.

Această definiție implică, de asemenea, că ecuațiile constitutive sunt locale locale. Acest lucru înseamnă că stresul este afectat numai de starea deformărilor dintr-un vecinătate aproape de punctul în cauză.

De asemenea, implică faptul că forța unui corp (precum gravitația) și forțele inerțiale nu pot afecta proprietățile materialului.

Materialele elastice simple sunt abstracții matematice și nici un material real nu se potrivește perfect acestei definiții.

Cu toate acestea, multe materiale elastice de interes practic, cum ar fi fier, plastic, lemn și beton, pot fi considerate materiale simple elastice pentru analiza stresului.

Deși tensiunea materialelor elastice simple depinde numai de starea de deformare, lucrarea efectuată de stres / stres poate depinde de calea de deformare.

Prin urmare, un material elastic simplu are o structură neconservativă și tensiunea nu poate fi derivată dintr-o funcție de potențial elastic scalată. În acest sens, materialele conservatoare sunt numite hiperelastice.

Materiale hipo-elastice

Aceste materiale elastice sunt cele care au o ecuație constitutivă independentă de măsurătorile de tensiune finită, cu excepția cazului liniar.

Modelele materialelor hipo-elastice sunt diferite de modelele materialelor hiperelastice sau materialelor elastice simple, deoarece, cu excepția unor circumstanțe particulare, ele nu pot fi derivate dintr-o funcție de densitate a energiei de deformare (FDED).

Un material hipo-elastic poate fi definit riguros ca unul modelat folosind o ecuație constitutivă care satisface aceste două criterii:

Tensorul de tensiune ō la momentul t depinde numai de ordinea în care corpul și-a ocupat configurațiile anterioare, dar nu și în intervalul în care au trecut aceste configurații anterioare.

Ca un caz special, acest criteriu include un material elastic simplu, în care tensiunea actuală depinde doar de configurația actuală în locul istoriei configurațiilor anterioare.

Există o funcție tensor cu o valoare G astfel încât ō = G ( ō, L ) unde ō este intervalul tensorului de tensiune material și L este tensorul de gradient de viteză spațială.

Materiale hiperelastice

Aceste materiale sunt numite și materiale elastice verde. Ele sunt un tip de ecuație constitutivă pentru materialele elastice ideale pentru care relația dintre stres este derivată dintr-o funcție de densitate a energiei de deformare. Aceste materiale sunt un caz special de materiale elastice simple.

Pentru multe materiale, modelele elastice liniare nu descriu corect comportamentul observat al materialului.

Hyperrelasticitatea oferă o modalitate de a modela comportamentul de stres-tulpină al acestor materiale.

Comportamentul elastomerilor goi și vulcanizați constituie adesea idealul hiperelastic. Elastomerii compleți, spumele polimerice și țesuturile biologice sunt, de asemenea, modelate cu idealizare hiperelastică în minte.

Modelele materialelor hiperelastice sunt utilizate în mod regulat pentru a reprezenta un comportament de mare deformare în materiale.

Acestea sunt folosite de obicei pentru a modela comportamentul mecanic și elastomerii goi și plin.