JOUSTAVAT MATERIAALIT: TYYPIT, OMINAISUUDET JA ESIMERKIT - KEMIA - 2026

Joustavat materiaalit ovat sellaisia materiaaleja, joilla on kyky vastustaa vaikuttaa tai vääristää tai muotoaan voiman, ja palaa sitten sen alkuperäiseen muotoon ja kokoon, kun sama voima poistetaan.

Lineaarista joustavuutta käytetään laajasti rakenteiden, kuten palkkien, levyjen ja arkkien, suunnittelussa ja analysoinnissa. Joustavilla materiaaleilla on suuri merkitys yhteiskunnalle, koska monia niistä käytetään vaatteiden, renkaiden, autojen osien jne. Valmistukseen.

Joustavien materiaalien ominaisuudet

Kun elastinen materiaali deformoituu ulkoisella voimalla, se kokee sisäisen vastustuskyvyn muodonmuutoksille ja palauttaa sen alkuperäiseen tilaansa, jos ulkoista voimaa ei enää käytetä.

Jossain määrin useimmilla kiinteillä materiaaleilla on joustava käyttäytyminen, mutta voiman suuruudelle ja siihen liittyvälle muodonmuutokselle on rajoitettu tässä elastisessa palautumisessa.

Materiaalia pidetään elastisena, jos sitä voidaan venyttää jopa 300%: iin alkuperäisestä pituudestaan. Tästä syystä on olemassa joustava raja, joka on kiinteän materiaalin suurin voima tai jännite pinta-alayksikköä kohden, joka se kestää pysyvien muodonmuutosten yhteydessä.

Näille materiaaleille saantopiste merkitsee niiden elastisen käyttäytymisen loppua ja niiden muovi käyttäytymisen alkua. Heikommissa materiaaleissa stressi niiden saantopisteessä johtaa niiden murtumiseen.

Elastisuusraja riippuu tarkasteltavan kiinteän aineen tyypistä. Esimerkiksi metallitankoa voidaan pidentää elastisesti jopa 1%: iin sen alkuperäisestä pituudesta.

Tiettyjen kumimateriaalien fragmentit voivat kuitenkin laajentua jopa 1000%. Useimpien tarkoituksessa olevien kiinteiden aineiden elastisilla ominaisuuksilla on taipumus laskea näiden kahden ääripään välille.

Saatat olla kiinnostunut Kuinka elastinen materiaali syntetisoidaan?

Joustavien materiaalien tyypit

Joustavien materiaalien mallit, tyyppi Cauchy

Fysiikassa Cauchy-joustava materiaali on sellainen, jossa kunkin pisteen jännitys / kireys määräytyy vain muodonmuutoksen nykyisen tilan suhteen mielivaltaiseen vertailukonfiguraatioon nähden. Tämän tyyppistä materiaalia kutsutaan myös yksinkertaiseksi elastiseksi materiaaliksi.

Tämän määritelmän perusteella stressi yksinkertaisessa elastisessa materiaalissa ei riipu venymäpolusta, kannan historiasta tai ajasta, joka kuluu kyseisen venymän saavuttamiseen.

Tämä määritelmä merkitsee myös sitä, että konstitutiiviset yhtälöt ovat alueellisesti paikallisia. Tämä tarkoittaa, että stressiin vaikuttaa vain muodonmuutosten tila kyseisen pisteen lähellä olevassa naapurustossa.

Se tarkoittaa myös, että ruumiin voima (kuten painovoima) ja hitausvoimat eivät voi vaikuttaa materiaalin ominaisuuksiin.

Yksinkertaiset joustavat materiaalit ovat matemaattisia abstraktioita, eikä mikään todellinen materiaali sovi tähän määritelmään täydellisesti.

Monien käytännön kiinnostavien elastisten materiaalien, kuten raudan, muovin, puun ja betonin, voidaan kuitenkin olettaa olevan yksinkertaisia ​​elastisia materiaaleja jännitysanalyysitarkoituksiin.

Vaikka yksinkertaisten elastisten materiaalien jännitys riippuu vain muodonmuutoksen tilasta, jännityksen / jännityksen tekemä työ voi riippua muodonmuutospolusta.

Siksi yksinkertaisella elastisella materiaalilla on ei-konservatiivinen rakenne ja jännitystä ei voida johtaa skaalatusta elastisesta potentiaalifunktiosta. Tässä mielessä konservatiivisia materiaaleja kutsutaan hyperelastisiksi.

Hypoelastiset materiaalit

Nämä joustavat materiaalit ovat niitä, joilla on konstitutiivinen yhtälö rajallisista jännitysmittauksista riippumatta lineaarista tapausta lukuun ottamatta.

Hypoelastisten materiaalien mallit eroavat hyperelastisten tai yksinkertaisten elastisten materiaalien malleista, koska erityisiä olosuhteita lukuun ottamatta niitä ei voida johtaa muodonmuutosenergian tiheyden funktiona (FDED).

Hypoelastinen materiaali voidaan määritellä tiukasti sellaiseksi, joka on mallinnettu konstitutiivisella yhtälöllä, joka täyttää nämä kaksi kriteeriä:

• Jännitystenssori ō ajankohtana t riippuu vain siitä järjestyksestä, jossa vartalo on miehittänyt aikaisemmat kokoonpanonsa, mutta ei ajasta, jonka aikana nämä aikaisemmat kokoonpanot kulkivat.

Erityistapauksena tämä kriteeri sisältää yksinkertaisen elastisen materiaalin, jossa virtajännitys riippuu vain nykyisestä kokoonpanosta eikä aiempien kokoonpanojen historiasta.

• On tensorifunktio, jonka arvo G on sellainen, että ō = G (ō, L), jossa ō on materiaalin jännitystensorin jänneväli ja L on avaruusnopeuden gradientin tensori.

Hyperelastiset materiaalit

Näitä materiaaleja kutsutaan myös Greenin elastisiksi materiaaleiksi. Ne ovat eräänlainen konstitutiivinen yhtälö ihanteellisesti joustaville materiaaleille, joille jännityksen välinen suhde johdetaan jännityksen energiatiheysfunktiosta. Nämä materiaalit ovat erikoistapaus yksinkertaisista elastisista materiaaleista.

Monille materiaaleille lineaariset elastiset mallit eivät kuvaa oikein materiaalin havaittua käyttäytymistä.

Yleisin esimerkki tästä materiaaliluokasta on kumi, jonka jännitys-jännitesuhde voidaan määritellä epälineaariseksi, elastiseksi, isotrooppiseksi, käsittämättömäksi ja yleensä riippumattomaksi sen jännityssuhteesta.

Hyperelastisuus tarjoaa tavan mallintaa tällaisten materiaalien jännitysjännityskäyttäytymistä.

Tyhjien ja vulkanoitujen elastomeerien käyttäytyminen noudattaa usein hyperelastista ideaalia. Täytetyt elastomeerit, polymeerivaahdot ja biologiset kudokset on myös mallinnettu hyperelastisen idealisoinnin mielessä.

Hyperelastisia materiaalimalleja käytetään säännöllisesti edustamaan materiaalien voimakasta venymistä.

Niitä käytetään yleensä mallimaan täyden ja tyhjän elastomeerin ja mekaanisen käyttäytymisen mallit.

Esimerkkejä joustavista materiaaleista

1- luonnonkumi

2-elastaani tai lycra

3- butyylikumi (PIB)

4- fluori-elastomeeri

5 - elastomeerit

6- eteeni-propeenikumi (EPR)

7 - Resiliini

8- styreenibutadieenikumi (SBR)

9 - klooripreeni

10- elastaani

11- Kumi-epikloorihydriini

12 - nylon

Nylon

13 - Terpene

14- isopreenikumi

15 - poilbutadieeni

16- nitriilikumi

17- venytetty vinyyli

18- Termoplastinen elastomeeri

19- silikonikumi

20- etyleenipropeenidieenikumi (EPDM)

21- etyylivinyyliasetaatti (EVA tai vaahtoava kumi)

22 - halogenoidut butyylikumit (CIIR, BIIR)

23 - neopreeni

Viitteet

1. Joustavien materiaalien tyypit. Palautettu lehti.tv.
2. Cauchy-joustava materiaali. Palautettu osoitteesta wikipedia.org.
3. Esimerkkejä elastisista materiaaleista (2017) palautettu quora.com-sivustolta.
4. Kuinka valita hyperelastinen materiaali (2017), kerätty osoitteesta simscale.com
5. Hyperlelastinen materiaali. Palautettu osoitteesta wikipedia.org.