MATERIAŁY ELASTYCZNE: RODZAJE, CECHY I PRZYKŁADY - CHEMIA - 2026

Materiały elastyczne to takie materiały, które są odporne na działanie siły zniekształcającej lub odkształcającej, a następnie powracają do swojego pierwotnego kształtu i rozmiaru po usunięciu tej samej siły.

Elastyczność liniowa jest szeroko stosowana w projektowaniu i analizie konstrukcji, takich jak belki, płyty i arkusze. Materiały elastyczne mają ogromne znaczenie dla społeczeństwa, ponieważ wiele z nich jest wykorzystywanych do produkcji odzieży, opon, części samochodowych itp.

Charakterystyka materiałów elastycznych

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

Do pewnego stopnia większość materiałów stałych wykazuje właściwości sprężyste, ale istnieje ograniczenie wielkości siły i towarzyszącej jej deformacji w ramach tego sprężystego powrotu.

Materiał uważa się za elastyczny, jeśli można go rozciągnąć do 300% jego pierwotnej długości. Z tego powodu istnieje granica sprężystości, która jest największą siłą lub naprężeniem na jednostkę powierzchni materiału pełnego, jaki może wytrzymać w przypadku trwałego odkształcenia.

Dla tych materiałów granica plastyczności oznacza koniec ich sprężystości i początek plastyczności. W przypadku słabszych materiałów naprężenie na granicy plastyczności powoduje ich pękanie.

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

Jednak fragmenty niektórych materiałów gumowych mogą ulec wydłużeniu do 1000%. Właściwości sprężyste większości ciał stałych zwykle mieszczą się między tymi dwoma skrajnościami.

Możesz być zainteresowany Jak syntetyzuje się elastyczny materiał?

Rodzaje materiałów elastycznych

Modele materiałów sprężystych typu Cauchy

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

Opierając się na tej definicji, naprężenie w prostym materiale elastycznym nie zależy od ścieżki odkształcenia, historii odkształcenia ani czasu potrzebnego do uzyskania tej deformacji.

Z definicji tej wynika również, że równania konstytutywne są przestrzennie lokalne. Oznacza to, że na naprężenia wpływa tylko stan odkształceń w sąsiedztwie bliskim badanemu punktowi.

Oznacza to również, że siła ciała (taka jak grawitacja) i siły bezwładności nie mogą wpływać na właściwości materiału.

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

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

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

Dlatego prosty materiał elastyczny ma niekonserwatywną strukturę, a naprężenia nie mogą być wyprowadzone ze skalowanej funkcji potencjału sprężystości. W tym sensie materiały, które są konserwatywne, nazywane są hiperelastycznymi.

Materiały hipoelastyczne

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

Modele materiałów hipoelastycznych różnią się od modeli materiałów hipersprężystych lub prostych modeli materiałów sprężystych tym, że z wyjątkiem szczególnych okoliczności nie można ich wyprowadzić z funkcji gęstości energii odkształcenia (FDED).

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

• Tensor naprężenia ō w czasie t zależy tylko od kolejności, w jakiej ciało zajmowało swoje poprzednie konfiguracje, ale nie od okresu, w którym przeszły te poprzednie konfiguracje.

W szczególnym przypadku kryterium to obejmuje prosty materiał elastyczny, w którym aktualne naprężenie zależy tylko od aktualnej konfiguracji, a nie historii poprzednich konfiguracji.

• Istnieje funkcja tensorowa o wartości G takiej, że ō = G ( ō , L ), w której ō jest rozpiętością tensora naprężenia materiału, a L jest tensorem gradientu prędkości przestrzennej.

Materiały hiperelastyczne

Materiały te nazywane są również elastycznymi materiałami Greena. Są rodzajem równania konstytutywnego dla materiałów idealnie elastycznych, dla których zależność między naprężeniami pochodzi z funkcji gęstości energii odkształcenia. Materiały te stanowią szczególny przypadek prostych materiałów elastycznych.

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

Najczęstszym przykładem tej klasy materiałów jest guma, której zależność naprężenie-rozciąganie można określić jako nieliniową, sprężystą, izotropową, niezrozumiałą i generalnie niezależną od współczynnika naprężenia.

Hipersprężystość umożliwia modelowanie zachowania takich materiałów między naprężeniami i rozciąganiem.

Zachowanie pustych i wulkanizowanych elastomerów często odpowiada ideałowi hiperelastyczności. Wypełnione elastomery, pianki polimerowe i tkanki biologiczne są również modelowane z myślą o hiperlastycznej idealizacji.

Modele materiałów hipersprężystych są regularnie używane do reprezentowania zachowania materiałów przy dużym odkształceniu.

Zwykle są używane do modelowania pełnego i pustego elastomeru oraz zachowania mechanicznego.

Przykłady materiałów elastycznych

1- Kauczuk naturalny

2- Spandex lub lycra

3- Kauczuk 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

Nylon

13- Terpene

14- Kauczuk izoprenowy

15- Poilbutadiene

16- Kauczuk nitrylowy

17- Elastyczny winyl

18- Elastomer termoplastyczny

19- Guma silikonowa

20- Kauczuk etylenowo-propylenowo-dienowy (EPDM)

21- Etylowinylooctan (EVA lub piankowa guma)

22- Chlorowcowane kauczuki butylowe (CIIR, BIIR)

23- Neopren

Bibliografia

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