Ελαστικοί τύποι υλικών, χαρακτηριστικά και παραδείγματα

Το ελαστικά υλικά είναι εκείνα τα υλικά που έχουν την ικανότητα να αντιστέκονται σε παραμορφωτική ή παραμορφωτική επιρροή ή δύναμη και στη συνέχεια να επιστρέφουν στο αρχικό τους σχήμα και μέγεθος όταν απομακρύνεται η ίδια δύναμη.

Η γραμμική ελαστικότητα χρησιμοποιείται ευρέως στο σχεδιασμό και την ανάλυση δομών όπως δοκών, πλακών και φύλλων.

Τα ελαστικά υλικά έχουν μεγάλη σημασία για την κοινωνία, επειδή πολλά από αυτά χρησιμοποιούνται για την κατασκευή ενδυμάτων, ελαστικών, εξαρτημάτων αυτοκινήτων κλπ..

Χαρακτηριστικά των ελαστικών υλικών

Όταν ένα ελαστικό υλικό παραμορφώνεται με μια εξωτερική δύναμη, βιώνει μια εσωτερική αντίσταση στην παραμόρφωση και την αποκαθιστά στην αρχική του κατάσταση αν η εξωτερική δύναμη δεν εφαρμόζεται πλέον.

Σε κάποιο βαθμό, τα περισσότερα στερεά υλικά παρουσιάζουν μια ελαστική συμπεριφορά, αλλά υπάρχει ένα όριο στο μέγεθος της δύναμης και η συνοδευτική παραμόρφωση εντός αυτής της ελαστικής ανάκαμψης.

Ένα υλικό θεωρείται ελαστικό εάν μπορεί να τεντωθεί μέχρι 300% του αρχικού του μήκους.

Για το λόγο αυτό υπάρχει ένα ελαστικό όριο, το οποίο είναι η μεγαλύτερη αντοχή ή ένταση ανά μονάδα επιφάνειας ενός στερεού υλικού που μπορεί να αντέξει μόνιμη παραμόρφωση.

Για αυτά τα υλικά, το όριο ελαστικότητας σηματοδοτεί το τέλος της ελαστικής συμπεριφοράς του και την αρχή της πλαστικής συμπεριφοράς του. Για τα πιο αδύναμα υλικά, η τάση ή η τάση στο όριο ελαστικότητάς του έχει ως αποτέλεσμα το κάταγμα.

Η ισχύς διαρροής εξαρτάται από τον τύπο στερεού που εξετάζεται. Για παράδειγμα, μια μεταλλική ράβδος μπορεί να τεντωθεί ελαστικά μέχρι το 1% του αρχικού μήκους της.

Εντούτοις, θραύσματα ορισμένων κομμιώδους υλικών μπορεί να παρουσιάσουν επεκτάσεις έως και 1000%. Οι ελαστικές ιδιότητες των περισσότερων στερεών προθέσεων τείνουν να πέφτουν μεταξύ αυτών των δύο άκρων.

Ίσως να σας ενδιαφέρει Πώς συντίθεται ένα stretch υλικό?

Τύποι ελαστικών υλικών

Μοντέλα ελαστικών υλικών Cauchy

Στη φυσική, ένα Cauchy ελαστικό υλικό είναι εκείνο στο οποίο η τάση / τάση κάθε σημείου καθορίζεται μόνο από την τρέχουσα κατάσταση παραμόρφωσης σε σχέση με μια αυθαίρετη διαμόρφωση αναφοράς. Αυτός ο τύπος υλικού ονομάζεται επίσης απλό ελαστικό υλικό.

Ξεκινώντας από αυτόν τον ορισμό, η τάση σε ένα απλό ελαστικό υλικό δεν εξαρτάται από τη διαδρομή παραμόρφωσης, το ιστορικό της παραμόρφωσης ή τον χρόνο που απαιτείται για την επίτευξη αυτής της παραμόρφωσης.

Αυτός ο ορισμός σημαίνει επίσης ότι οι συστατικές εξισώσεις είναι χωρικά τοπικές. Αυτό σημαίνει ότι το στρες επηρεάζεται μόνο από την κατάσταση των παραμορφώσεων σε μια γειτονιά κοντά στο εν λόγω σημείο.

Υπονοεί επίσης ότι η δύναμη ενός σώματος (όπως η βαρύτητα) και των αδρανειακών δυνάμεων δεν μπορεί να επηρεάσει τις ιδιότητες του υλικού.

Τα απλά ελαστικά υλικά είναι μαθηματικές αφαιρέσεις και κανένα πραγματικό υλικό δεν ταιριάζει τέλεια με αυτόν τον ορισμό.

Ωστόσο, πολλά ελαστικά υλικά πρακτικού ενδιαφέροντος όπως ο σίδηρος, το πλαστικό, το ξύλο και το σκυρόδεμα μπορούν να θεωρηθούν ως απλά ελαστικά υλικά για σκοπούς ανάλυσης τάσεων..

Αν και η τάση απλών ελαστικών υλικών εξαρτάται μόνο από την κατάσταση παραμόρφωσης, η εργασία που γίνεται από την πίεση / τάση μπορεί να εξαρτάται από τη διαδρομή παραμόρφωσης.

Επομένως, ένα απλό ελαστικό υλικό έχει μια μη συντηρητική δομή και η τάση δεν μπορεί να προέλθει από μια κλιμακωτή λειτουργία ελαστικού δυναμικού. Με αυτή την έννοια, τα υλικά που είναι συντηρητικά καλούνται υπερελαστικά.

Υπό-ελαστικά υλικά

Αυτά τα ελαστικά υλικά είναι εκείνα που έχουν συστατική εξίσωση ανεξάρτητη από τις μετρήσεις πεπερασμένων τάσεων εκτός από την γραμμική περίπτωση.

Τα μοντέλα υποελαστικών υλικών διαφέρουν από τα μοντέλα υπερειλαστικού υλικού ή απλά ελαστικά υλικά επειδή, εκτός από ειδικές περιστάσεις, δεν μπορούν να ληφθούν από μια συνάρτηση ενεργειακής πυκνότητας παραμόρφωσης (FDED).

Ένα υποελαστικό υλικό μπορεί να οριστεί αυστηρά ως ένα μοντέλο που διαμορφώνεται χρησιμοποιώντας μία ιδιοσυστατική εξίσωση που ικανοποιεί αυτά τα δύο κριτήρια:

• Εντατήρας τάσης ō στο χρόνο t εξαρτάται μόνο από τη σειρά με την οποία το σώμα έχει καταλάβει τις προηγούμενες διαμορφώσεις του, αλλά όχι από την έκταση στην οποία οι προηγούμενες διαμορφώσεις μεταφέρθηκαν.

Ως ειδική περίπτωση, το κριτήριο αυτό περιλαμβάνει ένα απλό ελαστικό υλικό, στο οποίο η τρέχουσα τάση εξαρτάται μόνο από την τρέχουσα διαμόρφωση αντί του ιστορικού των προηγούμενων διαμορφώσεων.

• Υπάρχει ένας εντατήρας λειτουργίας με τιμή G έτσι ώστε ō = G (ō, L) στην οποία ō είναι το εύρος της τάσης εφελκυσμού του υλικού και L είναι ο τανυστής κλίσης ταχύτητας χώρου.

Υπεπλαστικά υλικά

Αυτά τα υλικά ονομάζονται επίσης πράσινα ελαστικά υλικά. Είναι ένας τύπος συστατικής εξίσωσης για ιδανικά ελαστικά υλικά για τα οποία η σχέση μεταξύ τάσεων προέρχεται από μια συνάρτηση ενεργειακής πυκνότητας παραμόρφωσης. Αυτά τα υλικά είναι μια ειδική περίπτωση απλών ελαστικών υλικών.

Για πολλά υλικά, τα γραμμικά ελαστικά μοντέλα δεν περιγράφουν σωστά την παρατηρούμενη συμπεριφορά του υλικού.

Η υπερρελαστικότητα παρέχει έναν τρόπο να μοντελοποιηθεί η συμπεριφορά καταπόνησης-καταπόνησης αυτών των υλικών.

Η συμπεριφορά των κενών και βουλκανισμένων ελαστομερών αποτελεί συχνά το υπερελαστικό ιδανικό. Τα πλήρη ελαστομερή, οι πολυμερείς αφροί και οι βιολογικοί ιστοί διαμορφώνονται επίσης με γνώμονα την υπερελαστική εξιδανίκευση.

Τα μοντέλα των υπερελαστικών υλικών χρησιμοποιούνται τακτικά για να αντιπροσωπεύουν μια συμπεριφορά μεγάλης παραμόρφωσης στα υλικά.

Χρησιμοποιούνται συνήθως για το μοντέλο της μηχανικής συμπεριφοράς και για τα κενά και τα γεμισμένα ελαστομερή.

Παραδείγματα ελαστικών υλικών

1- Φυσικό καουτσούκ

2-Spandex ή lycra

3-βουτυλικό καουτσούκ (PIB)

4- Φθοροελαστομερές

5- ελαστομερή

6- Καουτσούκ αιθυλενίου-προπυλενίου (EPR)

7- Resilin

8-Καουτσούκ στυρενίου-βουταδιενίου (SBR)

9-Χλωροπρένιο

10- ελαστίνη

11- Ελαστικό επιχλωρυδρίνη

12- Νάιλον

13- Τερπένιο

14- Καουτσούκ ισοπρενίου

15- Ποιλουταδιένιο

16- Καουτσούκ νιτριλίου

17- Stretch βινύλιο

18- Θερμοπλαστικό ελαστομερές

19- Ελαστικό σιλικόνης

20-Καουτσούκ αιθυλενίου-προπυλενίου-διενίου (EPDM)

21-Οξικός αιθυλεστέρας (EVA ελαστικό ή αφρώδες)

22- Αλογονωμένο βουτυλικό καουτσούκ (CIIR, BIIR)

23- Νεοπρένιο

Αναφορές

1. Τύποι ελαστικών υλικών. Ανακτήθηκε από το leaf.tv.
2. Cauchy ελαστικό υλικό. Ανακτήθηκε από το wikipedia.org.
3. Παραδείγματα ελαστικών υλικών (2017) Ανάκτηση από το quora.com.
4. Πώς να επιλέξετε ένα υπερελαστικό υλικό (2017) Ανάκτηση από το simscale.com
5. Υπελεστικό υλικό. Ανακτήθηκε από το wikipedia.org.