viskoelastisitet

Viskoelastisitet beskriver materialets förmåga att uppvisa både elastiska och viskösa egenskaper när den utsätts för mekanisk deformation. Elastiska komponenter lagrar energi och återgår till sitt ursprungliga läge när belastningen tas bort, medan viskosa komponenter ger tidsfördröjt flöde och energiförluster. Resultatet blir att svaret är tids- och hastighetsberoende och ofta präglas av hysteresis vid cyklisk belastning.

I linjär viskoelasticitet kan sambanden beskrivas med en konvolutionsrelation: σ(t) = ∫0^t G(t−τ) dε(τ)/dτ dτ, där G(t) är relaxationmodulus. Alternativt kan creep bete sig via ε(t) = ∫0^t J(t−τ) dσ(τ)/dτ dτ, där J(t) är creep-compliance. Dessa uttryck beskriver hur deformationens historik påverkar nuvarande svar och hur materialets respons varierar med tid och temperatur.

Vanliga enkla modeller är Maxwell-modellen (ett elastiskt element och ett visköst element i serie) som fångar stressrelaxation, Kelvin–Voigt-modellen (ett elastiskt och ett visköst element i parallell) som beskriver omedelbar elastisk respons men begränsad långsiktig creep, och Standard Linear Solid-modellen som kombinerar båda för att bättre beskriva både relaxation och creep. För mer komplexa material används flera Maxwell-element i parallell, en generaliserad Maxwell-modell.

Mätteknik för viskoelasticitet inkluderar dynamisk mekanisk analys (DMA) som mäter lagrad modulus G' och förlorad modulus G'' som funktion av frekvens eller tid, samt beräkning av den komplexa modulus G* och förhållandet tan delta. Temperaturskillnader hanteras ofta med time-temperature superposition (WLF eller Arrhenius). Material som uppvisar viskoelasticitet inkluderar polymerer, elastomerer, biologiska vävnader, skum och asfalt, vilka alla uppvisar hastighets- och temperaturberoende beteenden som är centrala i konstruktion och tillämpning.