MATERIALI ELASTICI: TIPOLOGIE, CARATTERISTICHE ED ESEMPI - CHIMICA - 2025

I materiali elastici sono quei materiali che hanno la capacità di resistere a un'influenza, a una forza distorta o deformante, per poi tornare alla forma e alle dimensioni originali quando la stessa forza viene rimossa.

L'elasticità lineare è ampiamente utilizzata nella progettazione e nell'analisi di strutture come travi, piastre e lastre. I materiali elastici sono di grande importanza per la società, poiché molti di essi sono utilizzati per realizzare vestiti, pneumatici, parti di automobili, ecc.

Caratteristiche dei materiali elastici

Quando un materiale elastico viene deformato da una forza esterna, subisce una resistenza interna alla deformazione e lo ripristina 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 conseguente deformazione all'interno di 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, ovvero la massima forza o tensione per unità di superficie di un materiale solido che può sopportare in caso di deformazione permanente.

Per questi materiali, il limite di snervamento segna la fine del loro comportamento elastico e l'inizio del loro comportamento plastico. Per i materiali più deboli, la sollecitazione sul loro punto di snervamento provoca la loro rottura.

Il limite di elasticità 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 subire estensioni fino al 1000%. Le proprietà elastiche della maggior parte dei solidi intenti tendono a rientrare tra questi due estremi.

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Tipi di materiali elastici

Modelli di materiali elastici tipo Cauchy

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

In base a questa definizione, la sollecitazione in un semplice materiale elastico non dipende dal percorso della deformazione, dalla cronologia della deformazione o dal tempo necessario per ottenere quella 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 di inerzia non possono influenzare le proprietà del materiale.

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

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

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

Pertanto, un semplice materiale elastico ha una struttura non conservativa e lo stress non può essere derivato da una funzione di potenziale elastico in scala. In questo senso, i materiali conservativi sono chiamati iperelastici.

Materiali ipoelastici

Questi materiali elastici sono quelli che hanno un'equazione costitutiva indipendente dalle misurazioni delle tensioni finite tranne nel caso lineare.

I modelli di materiale ipoelastico sono diversi dai modelli di materiale iperelastico o da semplici modelli di materiale elastico in quanto, salvo in circostanze particolari, non possono essere derivati ​​da una funzione della densità di energia di deformazione (FDED).

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

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

Come caso speciale, questo criterio include un materiale elastico semplice, in cui lo stress corrente dipende solo dalla configurazione corrente piuttosto che dalla storia delle configurazioni passate.

• Esiste una funzione tensore con valore G tale che ō = G ( ō , L ) in cui ō è l'intervallo del tensore di sollecitazione del materiale e L è il tensore del gradiente di velocità spaziale.

Materiali iperelastici

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

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

L'esempio più comune di questa classe di materiali è la gomma, la cui relazione tensione-tensione può essere definita non lineare, elastica, isotropica, incomprensibile e generalmente indipendente dal suo rapporto di sollecitazione.

L'iperelasticità fornisce un modo per modellare il comportamento tensione-tensione di tali materiali.

Il comportamento degli elastomeri vuoti e vulcanizzati è spesso conforme all'ideale iperelastico. Anche gli elastomeri riempiti, le schiume polimeriche e i tessuti biologici sono modellati pensando all'idealizzazione iperelastica.

I modelli di materiale iperelastico vengono regolarmente utilizzati per rappresentare il comportamento ad alta deformazione nei materiali.

Di solito vengono utilizzati per modellare l'elastomero pieno e vuoto e il comportamento meccanico.

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- Resilina

8- Gomma stirene-butadiene (SBR)

9- Cloroprene

10- Elastina

11- Gomma epicloridrina

12- Nylon

Nylon

13- Terpene

14- Gomma isoprene

15- Poilbutadiene

16- Gomma nitrilica

17- Vinile elasticizzato

18- Elastomero termoplastico

19- Gomma siliconica

20- Gomma etilene-propilene-diene (EPDM)

21- Etilvinilacetato (EVA o gomma schiumosa)

22- Gomme butiliche alogenate (CIIR, BIIR)

23- Neoprene

Riferimenti

1. Tipi di materiali elastici. Recupero da leaf.tv.
2. Materiale elastico cauchy. Estratto da wikipedia.org.
3. Esempi di materiali elastici (2017) Recuperato da quora.com.
4. Come scegliere un materiale iperelastico (2017) Recuperato da simscale.com
5. Materiale iperlestico. Estratto da wikipedia.org.