MATÉRIAUX ÉLASTIQUES: TYPES, CARACTÉRISTIQUES ET EXEMPLES - CHIMIE - 2025

Les matériaux élastiques sont les matériaux qui ont la capacité de résister à une influence ou à une force de distorsion ou de déformation, puis de revenir à sa forme et à sa taille d'origine lorsque la même force est supprimée.

L'élasticité linéaire est largement utilisée dans la conception et l'analyse de structures telles que les poutres, les plaques et les feuilles. Les matériaux élastiques sont d'une grande importance pour la société, car beaucoup d'entre eux sont utilisés pour fabriquer des vêtements, des pneus, des pièces automobiles, etc.

Caractéristiques des matériaux élastiques

Lorsqu'un matériau élastique est déformé par une force externe, il subit une résistance interne à la déformation et le ramène à son état d'origine si la force externe n'est plus appliquée.

Dans une certaine mesure, la plupart des matériaux solides présentent un comportement élastique, mais il y a une limite à l'amplitude de la force et à la déformation associée dans cette reprise élastique.

Un matériau est considéré comme élastique s'il peut être étiré jusqu'à 300% de sa longueur d'origine. Pour cette raison, il existe une limite élastique, qui est la plus grande force ou tension par unité de surface d'un matériau solide qu'il peut supporter en cas de déformation permanente.

Pour ces matériaux, la limite élastique marque la fin de leur comportement élastique et le début de leur comportement plastique. Pour les matériaux plus faibles, une contrainte sur leur limite élastique entraîne leur rupture.

La limite d'élasticité dépend du type de solide considéré. Par exemple, une barre métallique peut être allongée élastiquement jusqu'à 1% de sa longueur d'origine.

Cependant, les fragments de certains matériaux caoutchouteux peuvent subir des extensions allant jusqu'à 1000%. Les propriétés élastiques de la plupart des solides d'intention ont tendance à se situer entre ces deux extrêmes.

Vous pourriez être intéressé par Comment un matériau élastique est-il synthétisé?

Types de matériaux élastiques

Modèles de matériaux élastiques type Cauchy

En physique, un matériau élastique de Cauchy est un matériau dans lequel la contrainte / tension de chaque point n'est déterminée que par l'état actuel de déformation par rapport à une configuration de référence arbitraire. Ce type de matériau est également appelé matériau élastique simple.

Sur la base de cette définition, la contrainte dans un matériau élastique simple ne dépend pas du chemin de déformation, de l'historique des déformations ou du temps nécessaire pour obtenir cette déformation.

Cette définition implique également que les équations constitutives sont spatialement locales. Cela signifie que la contrainte n'est affectée que par l'état des déformations dans un voisinage proche du point en question.

Cela implique également que la force d'un corps (comme la gravité) et les forces d'inertie ne peuvent pas affecter les propriétés du matériau.

Les matériaux élastiques simples sont des abstractions mathématiques, et aucun matériau réel ne correspond parfaitement à cette définition.

Cependant, de nombreux matériaux élastiques d'intérêt pratique, tels que le fer, le plastique, le bois et le béton, peuvent être considérés comme de simples matériaux élastiques à des fins d'analyse des contraintes.

Bien que la contrainte des matériaux élastiques simples ne dépende que de l'état de déformation, le travail effectué par contrainte / contrainte peut dépendre du chemin de déformation.

Par conséquent, un matériau élastique simple a une structure non conservatrice et la contrainte ne peut pas être dérivée d'une fonction de potentiel élastique mise à l'échelle. En ce sens, les matériaux conservateurs sont appelés hyperélastiques.

Matériaux hypoélastiques

Ces matériaux élastiques sont ceux qui ont une équation constitutive indépendante des mesures de contraintes finies sauf dans le cas linéaire.

Les modèles de matériaux hypoélastiques sont différents des modèles de matériaux hyperélastiques ou des modèles de matériaux élastiques simples en ce que, sauf dans des circonstances particulières, ils ne peuvent pas être dérivés d'une fonction de densité d'énergie de déformation (FDED).

Un matériau hypoélastique peut être rigoureusement défini comme un matériau modélisé à l'aide d'une équation constitutive qui satisfait à ces deux critères:

• Le tenseur de tension ō au temps t ne dépend que de l'ordre dans lequel le corps a occupé ses configurations passées, mais pas de la période au cours de laquelle ces configurations passées ont été traversées.

A titre de cas particulier, ce critère comprend un matériau élastique simple, dans lequel la contrainte actuelle ne dépend que de la configuration actuelle plutôt que de l'historique des configurations passées.

• Il existe une fonction tensorielle de valeur G telle que ō = G (ō, L) dans laquelle ō est l'étendue du tenseur de contraintes du matériau et L est le tenseur du gradient de vitesse spatiale.

Matériaux hyperélastiques

Ces matériaux sont également appelés matériaux élastiques de Green. Il s'agit d'un type d'équation constitutive pour les matériaux idéalement élastiques pour lesquels la relation entre les contraintes est dérivée d'une fonction de densité d'énergie de déformation. Ces matériaux sont un cas particulier des matériaux élastiques simples.

Pour de nombreux matériaux, les modèles élastiques linéaires ne décrivent pas correctement le comportement observé du matériau.

L'exemple le plus courant de cette classe de matériau est le caoutchouc, dont la relation contrainte-tension peut être définie comme non linéaire, élastique, isotrope, incompréhensible et généralement indépendante de son rapport de contrainte.

L'hyperélasticité permet de modéliser le comportement contrainte-tension de ces matériaux.

Le comportement des élastomères vides et vulcanisés est souvent conforme à l'idéal hyperélastique. Les élastomères chargés, les mousses polymères et les tissus biologiques sont également modélisés avec une idéalisation hyperélastique à l'esprit.

Les modèles de matériaux hyperélastiques sont régulièrement utilisés pour représenter le comportement à forte déformation des matériaux.

Ils sont généralement utilisés pour modéliser l'élastomère plein et vide et le comportement mécanique.

Exemples de matériaux élastiques

1- Caoutchouc naturel

2- Spandex ou lycra

3- Caoutchouc butyle (PIB)

4- Fluoroélastomère

5- Élastomères

6- Caoutchouc éthylène-propylène (EPR)

7- Résiline

8- Caoutchouc styrène-butadiène (SBR)

9- Chloroprène

10- Élastine

11- Epichlorhydrine de caoutchouc

12- Nylon

Nylon

13- Terpène

14- Caoutchouc isoprène

15- Poilbutadiène

16- Caoutchouc nitrile

17- Vinyle extensible

18- Élastomère thermoplastique

19- Caoutchouc de silicone

20- Caoutchouc éthylène-propylène-diène (EPDM)

21- Acétate d'éthylvinyle (EVA ou caoutchouc mousse)

22- Caoutchoucs butyl halogénés (CIIR, BIIR)

23- Néoprène

Références

1. Types de matériaux élastiques. Récupéré de leaf.tv.
2. Matière élastique Cauchy. Récupéré de wikipedia.org.
3. Exemples de matériaux élastiques (2017) Récupéré de quora.com.
4. Comment choisir un matériau hyperélastique (2017) Récupéré de simscale.com
5. Matériau hyperlestic. Récupéré de wikipedia.org.