Materiali elastici: tipi, caratteristiche ed esempi

I materiali elastici sono quei materiali che hanno la capacità di resistere a un'influenza o forza distorcente o distorcente, per poi ritornare alla loro forma e dimensione originale quando viene rimossa la stessa forza.

L'elasticità lineare è ampiamente utilizzata nella progettazione e nell'analisi di strutture come travi, piastre e lastre.

I materiali elastici hanno una grande importanza per la società poiché molti di essi sono usati per confezionare abbigliamento, pneumatici, componenti automobilistici, ecc.

Caratteristiche dei materiali elastici

Quando un materiale elastico viene deformato con una forza esterna, subisce una resistenza interna alla deformazione e lo riporta al suo stato originale se la forza esterna non viene più applicata.

In una certa misura, la maggior parte dei materiali solidi mostra un comportamento elastico, ma esiste un limite all'entità della forza e alla deformazione che accompagna questo recupero elastico.

Un materiale è considerato elastico se può essere allungato fino al 300% della sua lunghezza originale.

Per questo motivo esiste un limite elastico, che è la maggiore resistenza o tensione per unità di un materiale solido che può resistere a deformazioni permanenti.

Per questi materiali, il limite di elasticità segna la fine del suo comportamento elastico e l'inizio del suo comportamento plastico. Per i materiali più deboli, lo stress o lo stress sul loro snervamento si traduce nella loro frattura.

Il limite di snervamento dipende dal tipo di solido considerato. Ad esempio, una barra di metallo può essere allungata elasticamente fino all'1% della sua lunghezza originale.

Tuttavia, i frammenti di alcuni materiali gommosi possono presentare estensioni fino al 1000%. Le proprietà elastiche della maggior parte dei solidi intenzionali tendono a cadere tra questi due estremi.

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Tipi di materiali elastici

Modelli di materiali elastici Cauchy

In fisica, un materiale elastico di Cauchy è uno in cui la tensione / tensione di ciascun punto è determinata solo dallo stato corrente di deformazione rispetto a una configurazione di riferimento arbitraria. Questo tipo di materiale è anche chiamato semplice materiale elastico.

Partendo da questa definizione, la tensione in un materiale elastico semplice non dipende dal percorso di deformazione, dalla storia della deformazione o dal tempo necessario per raggiungere tale deformazione.

Questa definizione implica anche che le equazioni costitutive siano spazialmente locali. Ciò significa che lo stress è influenzato solo dallo stato delle deformazioni in un quartiere vicino al punto in questione.

Implica anche che la forza di un corpo (come la gravità) e le forze inerziali non possono influenzare le proprietà del materiale.

I semplici materiali elastici sono astrazioni matematiche e nessun vero materiale si adatta perfettamente a questa definizione.

Tuttavia, molti materiali elastici di interesse pratico come il ferro, la plastica, il legno e il calcestruzzo possono essere considerati semplici materiali elastici ai fini dell'analisi delle sollecitazioni.

Sebbene la tensione di materiali elastici semplici dipenda solo dallo stato di deformazione, il lavoro svolto da stress / stress può dipendere dal percorso di deformazione.

Pertanto, un semplice materiale elastico ha una struttura non conservativa e la tensione non può essere derivata da una funzione potenziale elastica in scala. In questo senso, i materiali che sono conservativi sono chiamati iperelastici.

Materiali ipoelastici

Questi materiali elastici sono quelli che hanno un'equazione costitutiva indipendente dalle misure di sforzo finito tranne nel caso lineare.

I modelli di materiali ipoelastici sono diversi dai modelli di materiale iperelastico o semplici materiali elastici poiché, salvo circostanze particolari, non possono essere derivati ​​da una funzione di densità di energia di deformazione (FDED).

Un materiale ipoelastico può essere rigorosamente definito come uno che viene modellato utilizzando un'equazione costitutiva che soddisfa questi due criteri:

  • Il tensore della tensione al tempo t dipende solo dall'ordine in cui il corpo ha occupato le sue configurazioni passate, ma non dal momento in cui le configurazioni passate sono state attraversate.

Come caso speciale, questo criterio include un materiale elastico semplice, in cui la tensione corrente dipende solo dalla configurazione corrente anziché dalla cronologia delle configurazioni passate.

  • Esiste una funzione tensoriale con un valore G in modo che ō = G ( ō, L ) dove ō è l'estensione del tensore della tensione del materiale e L è il tensore del gradiente della velocità spaziale.

Materiali iperelastici

Questi materiali sono anche chiamati materiali elastici verdi. Sono un tipo di equazione costitutiva per materiali idealmente elastici per i quali la relazione tra stress è derivata da una funzione di densità energetica di deformazione. Questi materiali sono un caso speciale di materiali elastici semplici.

Per molti materiali, i modelli lineari elastici non descrivono correttamente il comportamento osservato del materiale.

Iperrelasticità fornisce un modo per modellare il comportamento sforzo-deformazione di questi materiali.

Il comportamento degli elastomeri vuoti e vulcanizzati costituisce spesso l'ideale iperelastico. Elastomeri completi, schiume polimeriche e tessuti biologici sono anche modellati con l'idealizzazione iperelastica in mente.

I modelli di materiali iperelastici vengono regolarmente utilizzati per rappresentare un comportamento di grande deformazione nei materiali.

Di solito vengono utilizzati per modellare il comportamento meccanico e gli elastomeri vuoti e pieni.

Esempi di materiali elastici

1- Gomma naturale

2- Spandex o lycra

3- Gomma butilica (PIB)

4- Fluoroelastomero

5- Elastomeri

6- Gomma etilene-propilene (EPR)

7- Resilin

8- gomma stirene-butadiene (SBR)

9- cloroprene

10- Elastina

11- Epicloridrina di gomma

12- Nylon

13- Terpene

14- Gomma isoprene

15- Poilbutadiene

16- Gomma nitrile

17- Vinile elasticizzato

18- Elastomero termoplastico

19- Gomma siliconica

20- Gomma etilene-propilene-diene (EPDM)

21- Ethylvinylacetate (gomma EVA o schiumosa)

22- Gomma butilica alogenata (CIIR, BIIR)

23- Neoprene