Legge comportamentale
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Le leggi di comportamento della materia, studiate nella scienza dei materiali e in particolare nella meccanica del continuo , mirano a modellare il comportamento di fluidi o solidi mediante leggi empiriche durante la loro deformazione .
Modelli semplici
I modelli seguenti sono volutamente semplificati, al fine di comprendere i concetti di base.
Deformazione elastica
Il caso più semplice di deformazione elastica è quello della molla elicoidale caricata moderatamente nel suo asse, in allungamento o in compressione; in questo caso la forza è proporzionale all'allungamento relativo, cioè ad una dimensione:
F = k Δ ldove k è la costante di rigidità della molla e Δ l è la sua variazione di lunghezza (lunghezza finale meno lunghezza iniziale).
Se torniamo a valori indipendenti dalle dimensioni della stanza, otteniamo la legge di Hooke :
σ = E εo :
- σ è la tensione , la forza divisa per la sezione della parte su cui viene esercitata la forza, omogenea a [F] / [L] ² (generalmente espressa in pascal , Pa, e suoi multipli);
- E è il modulo di Young , caratteristico della materia (è l'equivalente della rigidità k ). È omogeneo in [F] / [L] ² ed è espresso in generale in pascal, Pa, e suoi multipli: spesso in gigapascal (GPa) o in megapascal (MPa) specialmente per la materia molle ;
- ε è la deformazione o “allungamento relativo” Δ l / l 0 , omogeneo a [1] (senza unità, talvolta espresso in%).
Deformazione plastica
La deformazione plastica può essere modellata come un attrito solido: c'è una resistenza alla deformazione, ma la deformazione è definitiva. La tensione plastica è sempre associata alla tensione elastica. Ad esempio, se consideriamo una molla, si deformerà se ad essa viene applicata una forza di trazione oltre la sua capacità di allungamento elastico.
Il modello corrisponde all'aggiunta di una forza costante durante lo scorrimento, con una diminuzione iniziale all'inizio dello scorrimento (la forza di attrito dinamico è inferiore alla forza di attrito statica massima, cfr. Legge di Coulomb ). Si noti che la forma della curva non è quella di una curva di trazione convenzionale (la parte in plastica è normalmente curvata verso il basso), questo modello empirico è quindi imperfetto.
Nei cristalli , la deformazione plastica corrisponde a un riarrangiamento degli atomi dovuto al movimento di difetti lineari chiamati dislocazioni .
Creep e stress relax
Il fenomeno della deformazione irreversibile che aumenta con il tempo per effetto di una sollecitazione costante si chiama creep di un materiale .
La velocità di scorrimento generalmente aumenta all'aumentare della temperatura del materiale.
Lo scorrimento può essere modellato come attrito fluido, come l'ammortizzatore della sospensione di un'auto. Allo stesso modo della deformazione plastica, lo scorrimento è sempre associato a uno sforzo elastico. Possiamo vedere il creep come un "ritardo nella deformazione": se imponiamo una deformazione (caso di un esperimento di rilassamento da stress ), prima abbiamo una risposta elastica, poi la forza diminuisce sebbene la deformazione sia mantenuta costante.
Nei cristalli, lo scorrimento è un fenomeno che coinvolge la diffusione di difetti puntiformi , posti liberi , che provocano l'aumento delle dislocazioni o lo slittamento dei bordi dei grani .