Viscoelasticitet

Viscoelasticitet refererer til materialer der udviser både elastiske og viskøse egenskaber. Elastisk adfærd giver en øjeblikkelig, restituerbar deformation, mens viskøs adfærd giver tidsafhængig deformation og dæmpning. Som følge heraf ændrer deres respons sig med belastningshastighed og temperatur, og de udviser tilbøjelighed til creep ved konstant spænding og spændingsrelaxation ved konstant deformation.

I tidsdomænet beskrives spændingsresponsen ved relaxation eller creep og kan modelleres med relaxationmodulus G(t) eller creepkompliance J(t). I frekvensdomænet beskrives materialet ved komplekse moduler G*(ω) = G′(ω) + iG″(ω), hvor G′ er lagringsmodul og G″ tabmodul. Forholdet mellem disse moduler giver information om, hvor stor en del af svaret der er elastisk versus viscøs ved en given frekvens.

Kendte modelkoncepter inkluderer Kelvin-Voigt-modellen (spring og dæmpner i parallel), Maxwell-modellen (spring og dæmpner i serie) og standard lineær solid (kombination). Disse grundlæggende modeller beskriver forskelligt, hvordan materiale udviser creep og/eller relaxation. Mere generelt anvendes hændelsesbetingede integral- eller differentialmodeller for at beskrive linear viscoelasticitet, ofte under antagelsen af små deformationer.

Måling og analyse foregår typisk med rheometer eller dynamisk mekanisk analyse (DMA). Tests som creep, relaxation og oscillatorisk shear giver værdier for G′, G″ og fasevinklen δ. Temperatur og tids-temperature superposition påvirker opførselen og udvider forståelsen af materialernes opførsel under forskellige betingelser.

Anvendelser omfatter polymerer og gummi, klæbemidler, asfalt og biomedicinske væv som sener og hud. Viscoelasticitet er central for design af dæmpning, støddæmpning og kontaktflader i en række tekniske og biologiske systemer.