Materiais elásticos: tipos, características e exemplos

Materiais elásticos são aqueles materiais que têm a capacidade de resistir a uma influência ou força de distorção ou distorção e, então, retornam à sua forma e tamanho originais quando a mesma força é removida.

A elasticidade linear é amplamente utilizada no projeto e análise de estruturas como vigas, chapas e chapas.

Os materiais elásticos têm uma grande importância para a sociedade, já que muitos deles são usados para confeccionar roupas, pneus, peças automotivas, etc.

Características de materiais elásticos

Quando um material elástico é deformado com uma força externa, ele experimenta uma resistência interna à deformação e a restaura ao seu estado original se a força externa não for mais aplicada.

Até certo ponto, a maioria dos materiais sólidos exibe um comportamento elástico, mas há um limite para a magnitude da força e a deformação que acompanha essa recuperação elástica.

Um material é considerado elástico se puder ser esticado até 300% do comprimento original.

Por essa razão, existe um limite elástico, que é a maior resistência ou tensão por unidade de área de um material sólido que pode suportar a deformação permanente.

Para estes materiais, o limite de elasticidade marca o fim de seu comportamento elástico e o início de seu comportamento plástico. Para materiais mais fracos, o estresse ou a tensão em sua força de escoamento resulta em sua fratura.

A força de rendimento depende do tipo de sólido considerado. Por exemplo, uma barra de metal pode ser esticada elasticamente até 1% do seu comprimento original.

No entanto, fragmentos de certos materiais gomosos podem sofrer extensões de até 1000%. As propriedades elásticas da maioria dos sólidos de intenção tendem a cair entre esses dois extremos.

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Tipos de materiais elásticos

Modelos de materiais elásticos Cauchy

Na física, um material elástico de Cauchy é aquele em que a tensão / tensão de cada ponto é determinada apenas pelo estado atual de deformação em relação a uma configuração de referência arbitrária. Esse tipo de material também é chamado de material elástico simples.

Partindo desta definição, a tensão em um material elástico simples não depende do caminho de deformação, da história da deformação ou do tempo necessário para atingir essa deformação.

Essa definição também implica que as equações constitutivas são espacialmente locais. Isso significa que o estresse é afetado apenas pelo estado das deformações em um bairro próximo ao ponto em questão.

Também implica que a força de um corpo (como a gravidade) e as forças inerciais não podem afetar as propriedades do material.

Materiais elásticos simples são abstrações matemáticas e nenhum material real se encaixa perfeitamente nessa definição.

No entanto, muitos materiais elásticos de interesse prático, como ferro, plástico, madeira e concreto, podem ser considerados como materiais elásticos simples para fins de análise de tensão.

Embora a tensão de materiais elásticos simples dependa apenas do estado de deformação, o trabalho realizado por tensão / tensão pode depender do caminho de deformação.

Portanto, um material elástico simples tem uma estrutura não conservativa e a tensão não pode ser derivada de uma função potencial elástica em escala. Nesse sentido, materiais conservadores são chamados de hiperelásticos.

Materiais hipo-elásticos

Esses materiais elásticos são aqueles que possuem uma equação constitutiva independente das medidas de tensão finita, exceto no caso linear.

Modelos de material hipo-elástico são diferentes de modelos de material hiperelástico ou materiais elásticos simples, uma vez que, exceto em circunstâncias particulares, eles não podem ser derivados de uma função de densidade de energia de deformação (FDED).

Um material hipoelástico pode ser rigorosamente definido como aquele que é modelado usando uma equação constitutiva que satisfaça esses dois critérios:

O tensor de tensão ō no tempo t depende apenas da ordem em que o corpo ocupou suas configurações passadas, mas não no lapso em que essas configurações passadas foram percorridas.

Como um caso especial, este critério inclui um material elástico simples, no qual a tensão atual depende apenas da configuração atual, em vez do histórico das configurações passadas.

Existe uma função tensorial com um valor G de modo que = = G ( ,, L ) onde ō é o span do tensor de tensão do material e L é o tensor do gradiente de velocidade espacial.

Materiais hiperelásticos

Esses materiais também são chamados de materiais elásticos verdes. Eles são um tipo de equação constitutiva para materiais idealmente elásticos para os quais a relação entre estresse é derivada de uma função de densidade de energia de deformação. Estes materiais são um caso especial de materiais elásticos simples.

Para muitos materiais, os modelos elásticos lineares não descrevem corretamente o comportamento observado do material.

A hiperelasticidade fornece uma maneira de modelar o comportamento tensão-deformação desses materiais.

O comportamento dos elastômeros vazios e vulcanizados muitas vezes compõem o ideal hiperelástico. Elastômeros completos, espumas poliméricas e tecidos biológicos também são modelados com idealização hiperelástica em mente.

Os modelos de materiais hiperelásticos são usados regularmente para representar um comportamento de grande deformação em materiais.

Eles são geralmente usados para modelar comportamento mecânico e elastômeros vazios e completos.