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Viscoélasticité

1850
Chercheur testant les propriétés viscoélastiques d'un polymère synthétique en laboratoire.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

La viscoélasticité est la propriété des matériaux qui présentent à la fois des caractéristiques visqueuses et élastiques lorsqu'ils subissent une déformation. Les matériaux visqueux, comme le miel, résistent à l'écoulement par cisaillement et souche linéairement avec le temps lorsqu'un stresser La contrainte est appliquée. Les matériaux élastiques, comme un élastique, se déforment lorsqu'on les étire et reprennent rapidement leur forme initiale une fois la contrainte relâchée. Les matériaux viscoélastiques présentent des caractéristiques des deux.

Le comportement viscoélastique résulte du réarrangement temporel de la microstructure d'un matériau. Lorsqu'une contrainte est appliquée, une partie de l'énergie est stockée élastiquement par l'étirement ou la flexion des liaisons moléculaires, tandis qu'une autre partie est dissipée sous forme de chaleur par le glissement visqueux des molécules les unes par rapport aux autres. Ce comportement dual engendre plusieurs phénomènes caractéristiques. L'un d'eux est le fluage, où le matériau continue de se déformer lentement au fil du temps sous une charge constante. Un autre est la relaxation des contraintes, où la contrainte nécessaire pour maintenir une déformation constante diminue au fil du temps à mesure que la structure interne du matériau se réorganise.

Cette réponse dépendant du temps est souvent modélisée à l'aide de combinaisons de ressorts idéaux (représentant la composante élastique, suivant la loi de Hooke) et d'amortisseurs (représentant la composante visqueuse, suivant la loi de Newton). ViscositéDes modèles simples comme le modèle de Maxwell (ressort et amortisseur en série) et le modèle de Kelvin-Voigt (ressort et amortisseur en parallèle) décrivent respectivement les caractéristiques fondamentales de la relaxation des contraintes et du fluage. Des modèles plus complexes, tels que le modèle linéaire standard, sont nécessaires pour une analyse plus approfondie. Modèle solide, combiner ces éléments pour fournir une description plus précise des matériaux réels.

Le comportement des matériaux viscoélastiques dépend également fortement de la température et de la vitesse de déformation appliquée. À basse température ou à vitesse de déformation élevée, ils tendent à se comporter davantage comme des solides élastiques, tandis qu'à haute température ou à faible vitesse de déformation, ils se comportent davantage comme des fluides visqueux. C'est ce que l'on appelle le principe de superposition temps-température.

UNESCO Nomenclature: 2203
Mécanique des milieux continus

Taper

Système abstrait

Perturbation

Fondamentaux

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • loi de Hooke sur l'élasticité (1660)
  • loi de viscosité de Newton (1687)
  • premières études sur les effets secondaires de l'élasticité par Wilhelm Weber (1835)
  • développement de la science des polymères

Applications

  • matelas en mousse à mémoire de forme
  • amortisseurs dans les véhicules
  • polymères et plastiques synthétiques
  • tissus humains et biomécanique
  • matériaux amortisseurs de vibrations
  • adhésifs sensibles à la pression

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

  • composites polymères auto-cicatrisants pour l'aérospatiale
  • biocompatible hydrogels for tissue engineering with tunable stiffness
  • Matériaux imprimés en 4D qui changent de forme au fil du temps
  • matériaux de récupération d'énergie qui convertissent les vibrations mécaniques en électricité
  • camouflage adaptatif qui change de texture
  • emballage intelligent qui indique la fraîcheur en modifiant ses propriétés rhéologiques
  • acoustique metamaterials for advanced soundproofing
  • gels injectables pour la chirurgie mini-invasive
Lié à : viscoélasticité, rhéologie, fluage, relaxation des contraintes, polymères, biomécanique Maxwell modèle, modèle Kelvin-Voigt.

Contexte historique

Viscoélasticité

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

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

10e année anniversaire

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