Types de matériaux élastiques, caractéristiques et exemples

Le matériaux élastiques sont les matériaux qui ont la capacité de résister à une influence ou à une force de distorsion ou de distorsion, puis à retrouver leur forme et leur taille d'origine lorsque la même force est supprimée.

L'élasticité linéaire est largement utilisée dans la conception et l'analyse de structures telles que des poutres, des plaques et des tôles.

Les matériaux élastiques ont une grande importance pour la société car beaucoup d'entre eux sont utilisés pour fabriquer des vêtements, des pneus, des pièces automobiles, etc.

Caractéristiques des matériaux élastiques

Lorsqu'un matériau élastique se déforme avec une force externe, il subit une résistance interne à la déformation et la restitue à son état d'origine si la force externe n'est plus appliquée.

Dans une certaine mesure, la plupart des matériaux solides présentent un comportement élastique, mais il existe une limite à la force et à la déformation associée dans cette récupération élastique.

Un matériau est considéré comme élastique s'il peut être étiré jusqu'à 300% de sa longueur d'origine.

Pour cette raison, il existe une limite élastique, qui est la plus grande force ou tension par unité de surface d'un matériau solide capable de résister à une déformation permanente.

Pour ces matériaux, la limite d'élasticité marque la fin de son comportement élastique et le début de son comportement plastique. Pour les matériaux plus faibles, la contrainte ou la contrainte exercée sur leur limite élastique entraîne leur rupture.

La limite d'élasticité dépend du type de solide considéré. Par exemple, une barre de métal peut être étendue élastiquement jusqu'à 1% de sa longueur d'origine.

Cependant, des fragments de certains matériaux gommeux peuvent subir des extensions pouvant atteindre 1000%. Les propriétés élastiques de la plupart des solides intentionnels ont tendance à se situer entre ces deux extrêmes.

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Types de matériaux élastiques

Modèles de matériaux élastiques type Cauchy

En physique, un matériau élastique de Cauchy est un matériau dans lequel la contrainte / tension de chaque point est déterminée uniquement par l'état de déformation actuel par rapport à une configuration de référence arbitraire. Ce type de matériau est également appelé matériau élastique simple.

Partant de cette définition, la tension dans un matériau élastique simple ne dépend pas de la trajectoire de déformation, de l'historique de la déformation ou du temps nécessaire pour réaliser cette déformation.

Cette définition implique également que les équations constitutives sont spatialement locales. Cela signifie que le stress n'est affecté que par l'état des déformations dans un voisinage proche du point en question.

Cela implique également que la force d'un corps (comme la gravité) et les forces d'inertie ne peuvent pas affecter les propriétés du matériau.

Les matériaux élastiques simples sont des abstractions mathématiques, et aucun matériau réel ne correspond parfaitement à cette définition.

Cependant, de nombreux matériaux élastiques présentant un intérêt pratique, tels que le fer, le plastique, le bois et le béton, peuvent être considérés comme de simples matériaux élastiques à des fins d'analyse des contraintes.

Bien que la tension des matériaux élastiques simples ne dépend que de l'état de déformation, le travail effectué par contrainte / contrainte peut dépendre de la trajectoire de déformation.

Par conséquent, un matériau élastique simple a une structure non conservatrice et la tension ne peut pas être dérivée d'une fonction de potentiel élastique mise à l'échelle. En ce sens, les matériaux conservateurs sont appelés hyperélastiques.

Matériaux hypo-élastiques

Ces matériaux élastiques sont ceux qui ont une équation constitutive indépendante des mesures de contrainte finie, sauf dans le cas linéaire.

Les modèles de matériaux hypoélastiques sont différents des modèles de matériaux hyperélastiques ou de matériaux élastiques simples, car, sauf dans des circonstances particulières, ils ne peuvent être dérivés d'une fonction de densité d'énergie de déformation (FDED).

Un matériau hypoélastique peut être rigoureusement défini comme un matériau modélisé à l'aide d'une équation constitutive qui répond à ces deux critères:

• Tendeur de tension ō au temps t il ne dépend que de l'ordre dans lequel le corps a occupé ses configurations passées, mais pas de la traversée de ces configurations passées.

En tant que cas particulier, ce critère comprend un matériau élastique simple, dans lequel la tension actuelle ne dépend que de la configuration actuelle au lieu de l'historique des configurations passées.

• Il y a un tendeur de fonction avec valeur G de manière que ō = G (ō, L) dans lequel ō est l'étendue de la tension tensorielle du matériau et L être le tenseur de gradient de vitesse spatial.

Matériaux hyperélastiques

Ces matériaux sont également appelés matériaux élastiques verts. Ils constituent un type d'équation constitutive pour les matériaux idéalement élastiques pour lesquels la relation entre les contraintes est dérivée d'une fonction de densité d'énergie de déformation. Ces matériaux constituent un cas particulier de matériaux élastiques simples.

Pour de nombreux matériaux, les modèles élastiques linéaires ne décrivent pas correctement le comportement observé du matériau.

L'exemple le plus courant de ce type de matériau est le caoutchouc, dont la relation contrainte-déformation peut être définie comme non linéaire, élastique, isotrope, incompréhensible et généralement indépendante de son rapport de contrainte.

L'hyperrélasticité permet de modéliser le comportement contrainte-déformation de ces matériaux.

Le comportement des élastomères vides et vulcanisés constitue souvent l’idéal hyperélastique. Les élastomères complets, les mousses polymères et les tissus biologiques sont également modélisés en tenant compte de l’idéalisation hyperélastique.

Les modèles de matériaux hyperélastiques sont régulièrement utilisés pour représenter un comportement de grande déformation dans les matériaux.

Ils sont généralement utilisés pour modéliser le comportement mécanique et les élastomères vides et pleins.

Exemples de matériaux élastiques

1- Caoutchouc naturel

2- spandex ou lycra

3- Caoutchouc Butyle (PIB)

4- Fluoroélastomère

5- élastomères

6- Caoutchouc éthylène-propylène (EPR)

7- Resilin

8- Caoutchouc styrène-butadiène (SBR)

9- Chloroprène

10- Elastine

11- Epichlorhydrine de caoutchouc

12- Nylon

13- Terpene

14- Caoutchouc isoprène

15- Poilbutadiène

16- Caoutchouc nitrile

17- vinyle extensible

18- Elastomère thermoplastique

19- Caoutchouc silicone

20- Caoutchouc éthylène-propylène-diène (EPDM)

21-Ethylvinylacétate (caoutchouc EVA ou mousseux)

22- Caoutchouc butyle halogéné (CIIR, BIIR)

23- Néoprène

Références

1. Types de matériaux élastiques. Récupéré de leaf.tv.
2. Matériau élastique Cauchy. Récupéré de wikipedia.org.
3. Exemples de matériaux élastiques (2017) Récupéré à partir de quora.com.
4. Comment choisir un matériau hyperélastique (2017) Récupéré de simscale.com
5. Matériau hyperlestic. Récupéré de wikipedia.org.