Materiały hipersprężyste

Gdy na obiekt działa siła zewnętrzna, całkowita praca wykonana przez tę siłę może zależeć wyłącznie od końcowego stanu odkształcenia, niezależnie od ścieżki deformacji obiektu. Innymi słowy, jeśli siła działa na obiekt w celu przywrócenia go z powrotem do stanu początkowego poprzez serię zdeformowanych stanów, nie wykonuje się wtedy żadnej pracy zewnętrznej.

Czym są materiały hipersprężyste i jak opisuje się ich zachowanie?

Jeśli siła zewnętrzna jest niezależna od ścieżki, to istnieje funkcja potencjalna, a tempo zmian tej funkcji względem położenia równa się sile. Odkształcenie obiektu, dla którego istnieje taka funkcja potencjalna, nazywa się odwracalnym, a siła wyrażona jako tempo zmian funkcji potencjalnej nazywana jest siłą zachowawczą.

W przypadku materiałów sprężystych funkcja potencjalna to gęstość energii odkształcenia, czyli energia odkształcenia przypadająca na jednostkę objętości, która gromadzi się w zależności od deformacji obiektu. Materiały, które mogą wyznaczyć naprężenia z energii sprężystej, są klasyfikowane jako materiały hipersprężyste.

Materiał hipersprężysty na przykładzie

Najbardziej reprezentatywnym przykładem materiału hipersprężystego jest guma. Naprężenie, czyli siła oporu wygenerowana wewnątrz materiału wskutek działania siły zewnętrznej, może być obliczane przy użyciu gęstości energii odkształcenia zgromadzonej w gumie, w zależności od stopnia jej odkształcenia. Innymi słowy, tempo zmian naprężenia względem odkształcenia gęstości energii odpowiada naprężeniu.

Zapoznaj się z ofertą analiz, obliczeń MES.