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Viskoelastizität

1850
Forscher testen die viskoelastischen Eigenschaften eines synthetischen Polymers im Labor.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Viskoelastizität ist die Eigenschaft von Materialien, die bei Verformung sowohl viskose als auch elastische Eigenschaften aufweisen. Viskose Materialien wie Honig widerstehen Scherströmungen und Beanspruchung linear mit der Zeit, wenn ein Stress Elastische Materialien, wie beispielsweise ein Gummiband, dehnen sich beim Spannen und kehren nach dem Wegfall der Spannung schnell in ihren ursprünglichen Zustand zurück. Viskoelastische Materialien weisen Eigenschaften beider Bereiche auf.

Viskoelastisches Verhalten ist eine Folge der zeitabhängigen Umstrukturierung der Mikrostruktur eines Materials. Wird eine Spannung angelegt, wird ein Teil der Energie elastisch in der Dehnung oder Biegung von Molekülbindungen gespeichert, während ein anderer Teil durch die viskose Gleitbewegung der Moleküle aneinander als Wärme abgeführt wird. Dieses duale Verhalten führt zu mehreren charakteristischen Phänomenen. Eines davon ist das Kriechen, bei dem sich das Material unter konstanter Last mit der Zeit langsam weiter verformt. Ein weiteres ist die Spannungsrelaxation, bei der die zur Aufrechterhaltung einer konstanten Dehnung erforderliche Spannung mit der Zeit abnimmt, da sich die innere Struktur des Materials umstrukturiert.

Dieses zeitabhängige Verhalten wird oft durch Kombinationen idealer Federn (die die elastische Komponente gemäß dem Hookeschen Gesetz darstellen) und Dämpfer (die die viskose Komponente gemäß dem Newtonschen Gesetz darstellen) modelliert. ViskositätEinfache Modelle wie das Maxwell-Modell (Feder und Dämpfer in Reihe) und das Kelvin-Voigt-Modell (Feder und Dämpfer parallel) erfassen die grundlegenden Eigenschaften der Spannungsrelaxation bzw. des Kriechens. Komplexere Modelle, wie das Standard-Linear-Modell, … FestkörpermodellDiese Elemente werden kombiniert, um eine genauere Beschreibung realer Materialien zu ermöglichen.

Das Verhalten viskoelastischer Materialien hängt zudem stark von der Temperatur und der Dehnungsrate ab. Bei niedrigen Temperaturen oder hohen Dehnungsraten verhalten sie sich eher wie elastische Festkörper, während sie sich bei hohen Temperaturen oder niedrigen Dehnungsraten eher wie viskose Flüssigkeiten verhalten. Dies wird als Zeit-Temperatur-Superpositionsprinzip bezeichnet.

UNESCO Nomenclature: 2203
- Kontinuumsmechanik

Typ

Abstraktes System

Störung

Grundlegendes

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • Hookesches Elastizitätsgesetz (1660)
  • Newtons Viskositätsgesetz (1687)
  • frühe Untersuchungen über die Nachwirkungen der Elastizität von Wilhelm Weber (1835)
  • Entwicklung der Polymerwissenschaft

Anwendungen

  • Memory Foam-Matratzen
  • Stoßdämpfer in Fahrzeugen
  • synthetische Polymere und Kunststoffe
  • menschliches Gewebe und Biomechanik
  • vibrationsdämpfende Materialien
  • Haftklebstoffe

Patente:

NA

Potenzielle Innovationsideen

  • selbstheilende Polymerverbundstoffe für die Luft- und Raumfahrt
  • biocompatible hydrogels for tissue engineering with tunable stiffness
  • 4D-gedruckte Materialien, die mit der Zeit ihre Form verändern
  • Energiegewinnungsmaterialien, die mechanische Schwingungen in Elektrizität umwandeln
  • adaptive Tarnung, die die Textur verändert
  • intelligente Verpackung, die Frische durch Veränderung ihrer rheologischen Eigenschaften anzeigt
  • Akustik metamaterials for advanced soundproofing
  • injizierbare Gele für die minimalinvasive Chirurgie
Verwandte Themen: Viskoelastizität, Rheologie, Kriechen, Spannungsrelaxation, Polymere, Biomechanik Maxwell Modell, Kelvin-Voigt-Modell.

Historischer Kontext

Viskoelastizität

1838
1841
1845
1850
1850
1850
1850
1836
1839-01-01
1842
1847
1850
1850
1850
1850

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

10. Jahr Jubiläum

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