Plastisiteetti

Plastisiteetti on materiaalin kyky kestää plastista muodonmuutosta, eli pysyvästi syntyvää muodonmuutosta, kun siihen kohdistuu riittävän suuri stressi. Toisin kuin elastinen muodonmuutos, plastinen muutos ei palaudu kuorman poistuttua. Plastisiteetti on keskeinen käsite metallurgiassa, rakennusalalla ja geotekniikassa sekä muovien käsittelyssä.

Plastinen muutos syntyy, kun aineen mikrorakenne sopeutuu kuormituksen seurauksena. Metallien tapauksessa liikkuvat dislokaatioita mahdollistavat pysyvän muodonmuutoksen. Prosessi on voimakkaasti riippuvainen lämpötilasta ja kuormituksen nopeudesta; työkovettuminen lisää usein kestävyyttä plastisen kuormituksen aikana, kun taas korkeat lämpötilat voivat edistää pehmenemistä ja rekristallisaatiota.

Plastisen käyttäytymisen kuvaamiseksi käytetään erilaisia malleja ja yield-criteria. Yleisiä ominaisuuksia ovat isotrooppinen ja kinemaattinen kovettuminen sekä visko-plastinen käyttäytyminen. Tunnettuja malleja ovat von Misesin ja Trescan rajoitteen perusteella määritetyt kovenemismallit sekä erilaiset aika- ja lämpötilariippuvaiset mallit.

Sovelluksissa plastisiteetti määrittää, miten materiaalia voidaan muokata muovausprosesseissa kuten valssauksessa, valussa, ruiskuvalussa ja hitsauksessa, sekä miten se kestää käytön aikana. Metallien muovaus ja muovien prosessointi perustuvat plastiseen muodonmuutokseen; geotekniikassa maaperän plastinen käyttäytyminen vaikuttaa rakenteiden stabiliteettiin ja muodonmuutoksiin.

Plastisiteetin tutkimuksessa käytetään sekä kokeellisia että laskennallisia menetelmiä. Yleisimmät kokeet mittaavat plastisen muodonmuutoksen määrää ja yield-rajaa uniaxiaalikokeissa. Mallinnuksessa hyödynnetään usein finite element -menetelmää, joka käyttää plastisiteettia kuvaavia konstitutatiivisia malleja.