Viskoelastisten

Viskoelastiset materiaalit ovat aineita, jotka käyttäytyvät sekä viskoosisesti että elastisesti. Niiden vaste kuormitukseen riippuu sekä kuormituksen nopeudesta että ajasta, mikä ilmenee palautumisviiveenä, hysteresis-käyränä ja ajan kuluessa tapahtuvana muodonmuutoksena.

Vasteen ajallinen riippuvuus johtuu sekä elastisten sidosten palautumisesta että viskoosien komponenttien dissipatiivisesta vuorovaikutuksesta. Tyypillisiä ilmiöitä ovat ajan mittaan tapahtuva creep (muodon piteneminen kuormituksen alaisena), jännityksen relaksaatio sekä energian dissipoituminen kuormituksen aikana.

Konkreettisessa mallinnuksessa viskoelastista käyttäytymistä kuvaavat klassiset mallit kuten Maxwellin malli (viskoosi elementti sarjassa elastisen kanssa) ja Kelvin-Voigtin malli (viskoosi ja elastinen elementti rinnakkain). Usein käytetään Standard Linear Solid -mallia tai monimutkaisempia malleja, kuten Prony-sarjoja, jotta voidaan kuvata sekä aikahaarukkojen että taajuusriippuvuuden piirteitä.

Mittaaminen tapahtuu dynaamisella mekaanisella analyysillä (DMA), viskoelastisella rheometrialla sekä creep- ja relaksaatio-kokeilla. Tuloksista saadaan moduli- tai sen jälkeen vaihtuvat vastearvot sekä ajallisesti että taajuusmittauksissa.

Esimerkkejä viskoelastisista aineista ovat polymeerit ja elastomeerit, geelit sekä biologiset kudokset kuten iho, jänteet ja rustokudokset. Lisäksi monet elintarvikkeet ja kuitu- tai komposiittimateriaalit osoittavat viskoelastisia ominaisuuksia.

Viskoelastisten ominaisuuksien tunteminen on keskeistä suunnittelussa ja analyysissä muun muassa vaimennuksen, muodonhallinnan ja kinetiikan optimoimiseksi sekä materiaalivalinnoissa että turvallisuus- ja käyttöiän arvioinnissa.