Materiais elásticos: tipos, características e exemplos - Ciência - 2023

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o materiais elásticos são aqueles materiais que têm a capacidade de resistir a uma influência ou força de distorção ou deformação e, em seguida, retornam à sua forma e tamanho originais quando a mesma força é retirada.

A elasticidade linear é amplamente usada no projeto e análise de estruturas como vigas, placas e folhas. Os materiais elásticos são de grande importância para a sociedade, pois muitos deles são utilizados na fabricação de roupas, pneus, peças automotivas, etc.

Características dos materiais elásticos

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

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

Um material é considerado elástico se puder ser esticado em até 300% de seu comprimento original. Por esse motivo, existe um limite elástico, que é a maior força ou tensão por unidade de área de um material sólido que pode resistir à deformação permanente.

Para esses materiais, o ponto de escoamento marca o fim de seu comportamento elástico e o início de seu comportamento plástico. Para materiais mais fracos, a tensão ou deformação em seu limite de escoamento resulta em sua fratura.

O limite de elasticidade depende do tipo de sólido considerado. Por exemplo, uma barra de metal pode ser alongada elasticamente até 1% de seu comprimento original.

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

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Tipos de materiais elásticos

Modelos de materiais elásticos tipo Cauchy

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

Com base nessa definição, a tensão em um material elástico simples não depende do caminho de deformação, do histórico da deformação ou do tempo que leva para atingir essa deformação.

Essa definição também implica que as equações constitutivas são espacialmente locais. Isso significa que a tensão é afetada apenas pelo estado das deformações em uma vizinhança próxima 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.

Os 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 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 conservadora e a tensão não pode ser derivada de uma função potencial elástica escalonada. Nesse sentido, os materiais conservadores são chamados de hiperelásticos.

Materiais hipoelásticos

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

Os modelos de materiais hipoelásticos são diferentes dos modelos de materiais hiperelásticos ou de materiais elásticos simples, pois, exceto em circunstâncias particulares, não podem ser derivados em função da densidade de energia de deformação (FDED).

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

Tensão do tensor ō ao tempo t depende apenas da ordem em que o corpo ocupou suas configurações anteriores, mas não do vão em que essas configurações anteriores foram percorridas.

Como um caso especial, este critério inclui um material elástico simples, no qual a tensão atual depende apenas da configuração atual e não do histórico de configurações anteriores.

Existe uma função tensorial com valor G de maneira que ō = G (ō, eu) em que ō é a amplitude do tensor de tensão do material e eu deixe ser o tensor gradiente de velocidade espacial.

Materiais hiperelásticos

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

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

O exemplo mais comum dessa classe de material é a borracha, cuja relação tensão-tensão pode ser definida como não linear, elástica, isotrópica, incompreensível e geralmente independente de sua relação de tensão.

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

O comportamento de elastômeros vazios e vulcanizados freqüentemente está de acordo com o ideal hiperelástico. Elastômeros preenchidos, espumas poliméricas e tecidos biológicos também são modelados com a idealização hiperelástica em mente.

Modelos de materiais hiperelásticos são usados regularmente para representar o comportamento de alta deformação em materiais.

Eles geralmente são usados para modelar elastômero vazio e cheio e comportamento mecânico.

Exemplos de materiais elásticos

1- borracha natural

2- Spandex ou lycra

3- Borracha butílica (PIB)

4- Fluoroelastômero

5- Elastômeros

6- Borracha de etileno-propileno (EPR)

7- Resilina

8- Borracha de estireno-butadieno (SBR)

9- Cloropreno

10- Elastina

11- Epicloridrina de borracha

12- Nylon

13- Terpeno

14- Borracha de isopreno

15- Poilbutadieno

16- Borracha de nitrila

17- Vinil Stretch

18- Elastômero termoplástico

19- Borracha de silicone

20- Borracha de etileno-propileno-dieno (EPDM)

21- Acetato de etilvinil (EVA ou espuma de borracha)

22- Borrachas butil halogenadas (CIIR, BIIR)

23- Neoprene

Referências

Tipos de materiais elásticos. Recuperado de leaf.tv.
Material elástico Cauchy. Recuperado de wikipedia.org.
Exemplos de materiais elásticos (2017) Recuperado de quora.com.
Como escolher um material hiperelástico (2017) Recuperado de simscale.com
Material hiperléstico. Recuperado de wikipedia.org.