Еластични материали: типове, характеристики и примери

Еластичните материали са тези материали, които имат способността да устоят на изкривяващо или изкривяващо влияние или сила, и след това да се върнат към първоначалната си форма и размер, когато същата сила бъде отстранена.

Линейната еластичност се използва широко при проектирането и анализа на конструкции като греди, плочи и листове.

Еластичните материали имат голямо значение за обществото, тъй като много от тях се използват за производство на дрехи, гуми, автомобилни части и др.

Характеристики на еластичните материали

Когато еластичен материал се деформира с външна сила, той изпитва вътрешно съпротивление на деформацията и го възстановява в първоначалното си състояние, ако външната сила вече не се прилага.

До известна степен повечето твърди материали проявяват еластично поведение, но има ограничение за величината на силата и съпътстващата го деформация в рамките на това еластично възстановяване.

Материалът се счита за еластичен, ако може да се разтегне до 300% от първоначалната му дължина.

Поради тази причина съществува граница на еластичност, която е най-голямата якост или напрежение на единица площ на твърд материал, който може да издържи на постоянна деформация.

За тези материали границата на еластичност бележи края на нейното еластично поведение и началото на неговото пластично поведение. За по-слаби материали стресът или напрежението върху тяхната граница на провлачване води до тяхното разрушаване.

Степента на провлачване зависи от вида на разглежданото твърдо вещество. Например, метален прът може да бъде разтегнат еластично до 1% от първоначалната му дължина.

Фрагменти от някои гумени материали обаче могат да достигнат до 1000%. Еластичните свойства на повечето твърди вещества, които имат намерение, попадат между тези две крайности.

Може би се интересувате Как се синтезира материал за опъване?

Видове еластични материали

Модели от еластични материали Cauchy

Във физиката еластичният материал на Коши е такъв, при който напрежението / напрежението на всяка точка се определя само от текущото състояние на деформация по отношение на произволна референтна конфигурация. Този тип материал се нарича също прост еластичен материал.

Като се започне от това определение, напрежението в прост еластичен материал не зависи от пътя на деформацията, историята на деформацията или времето, необходимо за постигане на тази деформация.

Това определение предполага също, че конститутивните уравнения са пространствено локални. Това означава, че напрежението се влияе само от състоянието на деформациите в квартал, близък до въпросната точка.

Той също така предполага, че силата на тялото (като гравитацията) и инерционните сили не могат да повлияят на свойствата на материала.

Обикновено еластичните материали са математически абстракции и никакъв реален материал не се вписва идеално в тази дефиниция.

Въпреки това, много еластични материали от практически интерес като желязо, пластмаса, дърво и бетон могат да се приемат като прости еластични материали за целите на анализа на стреса.

Въпреки че напрежението на прости еластични материали зависи само от състоянието на деформация, работата, извършена от напрежение / напрежение, може да зависи от пътя на деформацията.

Следователно, простият еластичен материал има неконсервативна структура и напрежението не може да се извлече от мащабирана еластична потенциална функция. В този смисъл консервативните материали се наричат хипереластични.

Хипо-еластични материали

Тези еластични материали са тези, които имат конститутивно уравнение, независимо от крайните измервания на напрежението, освен в линейния случай.

Моделите от хипо-еластични материали са различни от моделите на хипереластични материали или прости еластични материали, тъй като, с изключение на конкретни обстоятелства, те не могат да бъдат извлечени от функция на плътност на енергията на деформацията (FDED).

Хипоеластичният материал може да бъде строго дефиниран като такъв, който е моделиран с помощта на конститутивно уравнение, което отговаря на тези два критерия:

Тензорът на напрежението ō в момент t зависи само от реда, в който тялото е заемало миналите му конфигурации, но не в момента, в който тези минали конфигурации са преминали.

Като специален случай, този критерий включва прост еластичен материал, при който текущото напрежение зависи само от текущата конфигурация, вместо от историята на миналите конфигурации.

Има една тензорна функция с G- стойност, така че G = G ( ō, L ) където ō е разстоянието между тензора на напрежението на материала и L е тензорът за градиент на пространствената скорост.

Хипереластични материали

Тези материали също се наричат зелени еластични материали. Те са вид конститутивно уравнение за идеално еластични материали, за които връзката между напрежението се получава от деформационната функция на енергийна плътност. Тези материали са специален случай на прости еластични материали.

За много материали линейните еластични модели не описват правилно наблюдаваното поведение на материала.

Хиперреластичността осигурява начин да се моделира поведението на напрежение и деформация на тези материали.

Поведението на празни и вулканизирани еластомери често съставлява хипереластичния идеал. Пълни еластомери, полимерни пени и биологични тъкани също се моделират с идеята за хипереластична идеализация.

Моделите на хиперпластични материали се използват редовно, за да представят поведение на голяма деформация в материалите.

Те обикновено се използват за моделиране на механично поведение и празни и пълни еластомери.