Viskoelastisuus on materiaalin ominaisuus, jossa yhdistyvät sekä viskositeettiset että elastiset ominaisuudet muodonmuutoksen aikana.[ 1]
Elastisuus vs. viskoelastisuus
Jännitys–venymä-käyrät: elastinen materiaali (a), viskoelastinen materiaali (b). Punainen alue on hystereesi-silmukka osoittaen menetetyn energian määrää (esim. lämpö) lataus- ja purkusykleissä. Kaava:
∮ ∮ -->
σ σ -->
d
ε ε -->
{\displaystyle \oint \sigma \,d\varepsilon }
, missä
σ σ -->
{\displaystyle \sigma }
on jännitys ja
ε ε -->
{\displaystyle \varepsilon }
on venymä.[ 1]
Viskoelastisuustyyppejä
Lineaarinen viskoelastisuus:
ϵ ϵ -->
(
t
)
=
σ σ -->
(
t
)
E
inst,creep
+
∫ ∫ -->
0
t
K
(
t
− − -->
t
′ ′ -->
)
σ σ -->
˙ ˙ -->
(
t
′ ′ -->
)
d
t
′ ′ -->
{\displaystyle \epsilon (t)={\frac {\sigma (t)}{E_{\text{inst,creep}}}}+\int _{0}^{t}K(t-t^{\prime }){\dot {\sigma }}(t^{\prime })dt^{\prime }}
tai
σ σ -->
(
t
)
=
E
inst,relax
ϵ ϵ -->
(
t
)
+
∫ ∫ -->
0
t
F
(
t
− − -->
t
′ ′ -->
)
ϵ ϵ -->
˙ ˙ -->
(
t
′ ′ -->
)
d
t
′ ′ -->
{\displaystyle \sigma (t)=E_{\text{inst,relax}}\epsilon (t)+\int _{0}^{t}F(t-t^{\prime }){\dot {\epsilon }}(t^{\prime })dt^{\prime }}
missä
t on aika
σ σ -->
(
t
)
{\displaystyle \sigma (t)}
on jännitys
ϵ ϵ -->
(
t
)
{\displaystyle \epsilon (t)}
on venymä
E
inst,creep
{\displaystyle E_{\text{inst,creep}}}
ja
E
inst,relax
{\displaystyle E_{\text{inst,relax}}}
ovat hetkelliset elastisuuskertoimet
K(t) on viruminen
F(t) on relaksaatio
Maxwellin malli
Maxwellin malli
Maxwellin malli voi edustaa viskoosivaimenninta ja elastista jousta kytkettyna sarjaan, kuten kuvassa näkyy. Malli voidaan esittää seuraavan yhtälön avulla:
d
ϵ ϵ -->
d
t
=
d
ϵ ϵ -->
D
d
t
+
d
ϵ ϵ -->
S
d
t
=
σ σ -->
η η -->
+
1
E
d
σ σ -->
d
t
{\displaystyle {\frac {d\epsilon }{dt}}={\frac {d\epsilon _{D}}{dt}}+{\frac {d\epsilon _{S}}{dt}}={\frac {\sigma }{\eta }}+{\frac {1}{E}}{\frac {d\sigma }{dt}}}
.
Lähteet
↑ a b Meyers and Chawla (1999): "Mechanical Behavior of Materials", 98-103.