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Viscoelasticità

1850
Ricercatore che testa le proprietà viscoelastiche di un polimero sintetico in laboratorio.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

La viscoelasticità è la proprietà dei materiali che presentano caratteristiche sia viscose che elastiche quando subiscono una deformazione. I materiali viscosi, come il miele, resistono al flusso di taglio e sottoporre a tensione linearmente con il tempo quando un stress viene applicata. I materiali elastici, come un elastico, si tendono quando vengono allungati e ritornano rapidamente allo stato originale una volta rimossa la sollecitazione. I materiali viscoelastici presentano elementi di entrambi.

Il comportamento viscoelastico è una conseguenza del riassetto della microstruttura di un materiale in funzione del tempo. Quando viene applicata una sollecitazione, una parte dell'energia viene immagazzinata elasticamente nell'allungamento o nella flessione dei legami molecolari, mentre una parte viene dissipata sotto forma di calore attraverso lo scorrimento viscoso delle molecole le une sulle altre. Questo duplice comportamento porta a diversi fenomeni caratteristici. Uno è il creep, in cui il materiale continua a deformarsi lentamente nel tempo sotto un carico costante. Un altro è il rilassamento da sforzo, in cui la sollecitazione necessaria per mantenere una deformazione costante diminuisce nel tempo con il riarrangiamento della struttura interna del materiale.

Questa risposta dipendente dal tempo è spesso modellata utilizzando combinazioni di molle ideali (che rappresentano la componente elastica, secondo la legge di Hooke) e di dashpot (che rappresentano la componente viscosa, secondo la legge di Newton). Viscosità). Modelli semplici come il modello di Maxwell (molla e dashpot in serie) e il modello di Kelvin-Voigt (molla e dashpot in parallelo) catturano le caratteristiche di base del rilassamento da sforzo e del creep, rispettivamente. I modelli più complessi, come il modello lineare standard Modello solido, combinano questi elementi per fornire una descrizione più accurata dei materiali reali.

Il comportamento dei materiali viscoelastici dipende anche fortemente dalla temperatura e dalla velocità di deformazione applicata. A basse temperature o ad alte velocità di deformazione, tendono a comportarsi più come solidi elastici, mentre ad alte temperature o basse velocità di deformazione, si comportano più come fluidi viscosi. Questo è noto come principio di sovrapposizione tempo-temperatura.

UNESCO Nomenclature: 2203
- Meccanica del continuo

Tipo

Sistema astratto

Interruzione

Fondamento

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • legge di hooke sull'elasticità (1660)
  • legge di newton sulla viscosità (1687)
  • primi studi sugli effetti successivi dell'elasticità di Wilhelm Weber (1835)
  • sviluppo della scienza dei polimeri

Applicazioni

  • materassi in memory foam
  • ammortizzatori nei veicoli
  • polimeri sintetici e materie plastiche
  • tessuti umani e biomeccanica
  • materiali antivibranti
  • adesivi sensibili alla pressione

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

  • compositi polimerici autoriparanti per l'industria aerospaziale
  • biocompatible hydrogels for tissue engineering with tunable stiffness
  • Materiali stampati in 4D che cambiano forma nel tempo
  • materiali di raccolta dell'energia che convertono le vibrazioni meccaniche in elettricità
  • mimetizzazione adattiva che cambia consistenza
  • imballaggio intelligente che indica la freschezza modificando le sue proprietà reologiche
  • acustico metamaterials for advanced soundproofing
  • gel iniettabili per chirurgia mininvasiva
Correlato a: viscoelasticità, reologia, creep, rilassamento da sforzo, polimeri, biomeccanica, maxwell modello, modello kelvin-voigt.

Contesto storico

Viscoelasticità

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

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

decimo anno anniversario

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