المواد المرنة: الأنواع ، الخصائص والأمثلة

المواد المرنة هي تلك المواد التي لديها القدرة على مقاومة التأثير أو القوة المشوهة أو المشوهة ، ثم العودة إلى شكلها الأصلي وحجمها عند إزالة نفس القوة.

تستخدم المرونة الخطية على نطاق واسع في تصميم وتحليل الهياكل مثل الحزم والألواح والألواح.

المواد المرنة لها أهمية كبيرة بالنسبة للمجتمع حيث أن الكثير منها يستخدم لصنع الملابس والإطارات وقطع غيار السيارات ، إلخ.

خصائص المواد المرنة

عندما يتم تشويه مادة مرنة بقوة خارجية ، فإنها تواجه مقاومة داخلية للتشوه وتعيده إلى حالته الأصلية إذا لم تعد القوة الخارجية مطبقة.

إلى حد ما ، فإن معظم المواد الصلبة تحمل سلوكًا مرنًا ، ولكن هناك حد لحجم القوة والتشوه المصاحب في هذا الانتعاش المرن.

تعتبر المادة مرنة إذا أمكن تمديدها إلى 300٪ من طولها الأصلي.

لهذا السبب ، يوجد حد مرن ، وهو أكبر قوة أو توتر لكل وحدة مساحة لمادة صلبة يمكنها مقاومة التشوه الدائم.

بالنسبة لهذه المواد ، فإن حد المرونة يمثل نهاية سلوكه المرن وبداية سلوكه البلاستيكي. بالنسبة للمواد الأضعف ، يؤدي الإجهاد أو الضغط على قوة الغلة إلى كسرها.

قوة العائد تعتمد على نوع الصلبة النظر. على سبيل المثال ، يمكن تمديد شريط معدني بشكل مرن يصل إلى 1 ٪ من طوله الأصلي.

ومع ذلك ، قد تواجه شظايا بعض المواد الصمغية امتدادات تصل إلى 1000 ٪. الخصائص المرنة لمعظم المواد الصلبة نية تميل إلى الوقوع بين هذين الطرفين.

ربما قد تكون مهتمة كيف يتم تصنيع المواد تمتد؟

أنواع المواد المرنة

نماذج من المواد المرنة كوشي

في الفيزياء ، المواد المرنة من كوشي هي المادة التي يتحدد فيها التوتر / التوتر لكل نقطة فقط من خلال حالة التشوه الحالية فيما يتعلق بتكوين المرجع التعسفي. ويسمى هذا النوع من المواد أيضًا مادة مرنة بسيطة.

بدءًا من هذا التعريف ، لا يعتمد التوتر في مادة مرنة بسيطة على مسار التشوه أو تاريخ التشوه أو الوقت الذي يستغرقه تحقيق هذا التشوه.

يتضمن هذا التعريف أيضًا أن المعادلات التأسيسية محلية مكانيًا. هذا يعني أن التوتر لا يتأثر إلا بحالة التشوهات في الحي القريب من النقطة المعنية.

كما أنه يشير إلى أن قوة الجسم (مثل الجاذبية) وقوى القصور الذاتي لا يمكن أن تؤثر على خصائص المواد.

المواد المرنة البسيطة هي التجريدات الرياضية ، ولا توجد مادة حقيقية تلائم هذا التعريف تمامًا.

ومع ذلك ، يمكن اعتبار العديد من المواد المرنة ذات الاهتمام العملي مثل الحديد والبلاستيك والخشب والخرسانة مواد مرنة بسيطة لأغراض تحليل الإجهاد.

على الرغم من أن توتر المواد المرنة البسيطة يعتمد فقط على حالة التشوه ، فإن العمل الذي يقوم به الإجهاد / الإجهاد قد يعتمد على مسار التشوه.

لذلك ، تحتوي المادة المرنة البسيطة على هيكل غير متحفظ ولا يمكن اشتقاق التوتر من وظيفة محتملة مرنة قابلة للقياس. في هذا المعنى ، فإن المواد المحافظة تسمى مفرطة المرونة.

مواد هايبو مرنة

هذه المواد المرنة هي تلك التي لها معادلة تأسيسية مستقلة عن قياسات الإجهاد المحدودة إلا في الحالة الخطية.

تختلف نماذج المواد شديدة المرونة عن نماذج المواد المفرطة المرونة أو المواد المرنة البسيطة نظرًا لأنه ، في حالات معينة ، لا يمكن اشتقاقها من وظيفة كثافة تشوه الطاقة (FDED).

يمكن تعريف المادة قليلة المرونة على أنها مادة تم تصميمها باستخدام معادلة تأسيسية تفي بهذين المعيارين:

يعتمد موتر التوتر time في الوقت t فقط على الترتيب الذي احتل به الجسم التكوينات السابقة ، ولكن ليس في الفاصل الذي تم فيه اجتياز هذه التكوينات السابقة.

كحالة خاصة ، يتضمن هذا المعيار مادة مرنة بسيطة ، يعتمد فيها التوتر الحالي فقط على التكوين الحالي بدلاً من تاريخ التكوينات السابقة.

هناك وظيفة الموتر مع قيمة G- بحيث ō = G ( ō ، L ) حيث ō هي امتداد موتر التوتر المادي و L هي الموتر التدرج السرعة المكانية.

مواد مفرطة المرونة

وتسمى هذه المواد أيضا المواد الخضراء المرنة. إنها نوع من المعادلات التأسيسية للمواد المرنة من الناحية المثالية والتي تستمد العلاقة بين الإجهاد من دالة كثافة طاقة التشوه. هذه المواد هي حالة خاصة من مواد مرنة بسيطة.

بالنسبة للعديد من المواد ، لا تصف النماذج المرنة الخطية بشكل صحيح السلوك الملحوظ للمادة.

يوفر Hyperrelasticity طريقة لتصميم سلوك إجهاد هذه المواد.

غالبًا ما يشكل سلوك اللدائن الفارغة والمبركنة المثالية المفرطة المرونة. كما يتم نمذجة اللدائن الكاملة والرغوات البوليمرية والأنسجة البيولوجية مع الأخذ في الاعتبار المثالية المفرطة المرونة.

تُستخدم نماذج المواد المفرطة المرونة بانتظام لتمثيل سلوك تشوه كبير في المواد.

وعادة ما تستخدم لنمذجة السلوك الميكانيكي واللدائن الفارغة والكاملة.