Typy materiałów elastycznych, charakterystyka i przykłady

The materiały elastyczne są to materiały, które mają zdolność do przeciwstawiania się zniekształcającemu lub zniekształcającemu wpływowi lub sile, a następnie powracają do swojego pierwotnego kształtu i rozmiaru, gdy ta sama siła zostanie usunięta.

Elastyczność liniowa jest szeroko stosowana w projektowaniu i analizowaniu struktur, takich jak belki, płyty i arkusze.

Elastyczne materiały mają ogromne znaczenie dla społeczeństwa, ponieważ wiele z nich jest używanych do produkcji odzieży, opon, części samochodowych itp..

Charakterystyka materiałów elastycznych

Kiedy elastyczny materiał jest odkształcany siłą zewnętrzną, doświadcza wewnętrznego oporu na odkształcenie i przywraca go do pierwotnego stanu, jeśli siła zewnętrzna nie jest już stosowana.

Do pewnego stopnia większość materiałów stałych wykazuje zachowanie sprężyste, ale istnieje ograniczenie wielkości siły i towarzyszącego jej odkształcenia w ramach tego sprężystego powrotu.

Materiał jest uważany za elastyczny, jeśli można go rozciągnąć do 300% jego oryginalnej długości.

Z tego powodu istnieje granica sprężystości, która jest największą wytrzymałością lub naprężeniem na jednostkę powierzchni litego materiału, który może wytrzymać trwałe odkształcenie.

Dla tych materiałów granica elastyczności oznacza koniec jej elastycznego zachowania i początek jej plastycznego zachowania. W przypadku najsłabszych materiałów naprężenie lub napięcie na granicy sprężystości powoduje jego pęknięcie.

Granica plastyczności zależy od rodzaju rozważanego ciała stałego. Na przykład metalowy pręt można rozciągnąć elastycznie do 1% jego pierwotnej długości.

Fragmenty niektórych gumowatych materiałów mogą jednak ulec rozszerzeniu do 1000%. Elastyczne właściwości większości ciał stałych intencji mają tendencję do opadania między te dwie skrajności.

Może zainteresuje Cię, jak syntetyzuje się materiał rozciągliwy?

Rodzaje materiałów elastycznych

Modele materiałów elastycznych Cauchy

W fizyce, materiał elastyczny Cauchy'ego to taki, w którym naprężenie / napięcie każdego punktu jest określane tylko przez bieżący stan odkształcenia w odniesieniu do dowolnej konfiguracji odniesienia. Ten rodzaj materiału nazywany jest również prostym materiałem elastycznym.

Wychodząc z tej definicji, napięcie prostego materiału elastycznego nie zależy od ścieżki odkształcenia, historii odkształcenia ani czasu potrzebnego do osiągnięcia tego odkształcenia.

Ta definicja oznacza również, że równania konstytutywne są przestrzennie lokalne. Oznacza to, że na stres wpływa tylko stan deformacji w sąsiedztwie w pobliżu danego punktu.

Oznacza to również, że siła ciała (np. Grawitacja) i siły bezwładności nie mogą wpływać na właściwości materiału.

Proste elastyczne materiały są matematycznymi abstrakcjami i żaden prawdziwy materiał nie pasuje idealnie do tej definicji.

Jednak wiele elastycznych materiałów o znaczeniu praktycznym, takich jak żelazo, plastik, drewno i beton, można założyć jako proste materiały elastyczne do celów analizy naprężeń..

Chociaż napięcie prostych materiałów sprężystych zależy tylko od stanu odkształcenia, praca wykonana przez naprężenie / naprężenie może zależeć od ścieżki odkształcenia.

Dlatego prosty elastyczny materiał ma niekonserwatywną strukturę, a napięcia nie można wyprowadzić ze skalowanej funkcji potencjału sprężystego. W tym sensie materiały konserwatywne nazywane są hiperelastycznymi.

Materiały hipoelastyczne

Te elastyczne materiały to takie, które mają konstytutywne równanie niezależne od skończonych pomiarów naprężeń, z wyjątkiem przypadku liniowego.

Hipoelastyczne modele materiałów różnią się od modeli materiałów hiperelastycznych lub prostych materiałów elastycznych, ponieważ, z wyjątkiem szczególnych okoliczności, nie mogą być wyprowadzone z funkcji gęstości energii odkształcenia (FDED).

Materiał hipoelastyczny można rygorystycznie zdefiniować jako materiał modelowany za pomocą równania konstytutywnego, które spełnia te dwa kryteria:

• Napinacz napięcia ō do czasu t zależy to tylko od kolejności, w jakiej ciało zajęło swoje poprzednie konfiguracje, ale nie w czasie, w którym te poprzednie konfiguracje zostały pokonane.

W szczególnym przypadku kryterium to obejmuje prosty materiał elastyczny, w którym obecne napięcie zależy tylko od bieżącej konfiguracji, a nie od historii poprzednich konfiguracji.

• Jest napinacz funkcji o wartości G tak to ō = G (ō, L) w którym ō to rozpiętość napięcia tensora materiału i L być tensorem gradientu prędkości przestrzennej.

Materiały hiperelastyczne

Materiały te nazywane są również zielonymi elastycznymi materiałami. Są one rodzajem konstytutywnego równania dla idealnie elastycznych materiałów, dla których związek między naprężeniem pochodzi od funkcji gęstości energii odkształcenia. Materiały te są specjalnym przypadkiem prostych materiałów elastycznych.

W przypadku wielu materiałów liniowe modele elastyczne nie opisują prawidłowo obserwowanego zachowania materiału.

Hiperrelastyczność umożliwia modelowanie zachowania naprężenia-odkształcenia tych materiałów.

Zachowanie pustych i wulkanizowanych elastomerów często składa się na ideał hiperelastyczny. Pełne elastomery, pianki polimerowe i tkanki biologiczne są również modelowane z myślą o hiperelastycznej idealizacji.

Modele materiałów hiperelastycznych są regularnie używane do reprezentowania zachowania dużych deformacji w materiałach.

Są one zwykle używane do modelowania zachowania mechanicznego oraz pustych i wypełnionych elastomerów.

Przykłady materiałów elastycznych

1- Naturalna guma

2- Elastan lub lycra

Kauczuk 3-butylowy (PIB)

4- Fluoroelastomer

5- Elastomery

6- Kauczuk etylenowo-propylenowy (EPR)

7- Resilin

8- Kauczuk butadienowo-styrenowy (SBR)

9-Chloropren

10-Elastyna

11 - Gumowa epichlorohydryna

12- Nylon

13- Terpen

14-Kauczuk izoprenowy

15- Poilbutadien

16- Kauczuk nitrylowy

17- Stretch vinyl

18- Elastomer termoplastyczny

19- Kauczuk silikonowy

20-kauczuk etylenowo-propylenowo-dienowy (EPDM)

21-etylooctan winylu (guma EVA lub pianka)

22- Chlorowcowany kauczuk butylowy (CIIR, BIIR)

23- Neopren

Referencje

1. Rodzaje materiałów elastycznych. Źródło z leaf.tv.
2. Elastyczny materiał Cauchy. Źródło z wikipedia.org.
3. Przykłady materiałów elastycznych (2017) Odzyskane z quora.com.
4. Jak wybrać materiał hiperelastyczny (2017) Odzyskany z simscale.com
5. Hyperlestic material. Źródło z wikipedia.org.