Notice: Unexpected clearActionName after getActionName already called in /var/www/lenciclopedia.org/w/includes/context/RequestContext.php on line 318
Viscoplasticitat - L'Enciclopèdia, la wikipedia en valencià Anar al contingut

Viscoplasticitat

De L'Enciclopèdia, la wikipedia en valencià
(Redirigit des de «Viscoplasticidad»)

La viscoplasticidad és un tipo de comportament inelástico dels sòlits deformables en el que apareixen deformacions permanents i la seua aparició depén ademés de la velocitat de deformació. El comportament viscoplástico és la base dels models constitutius viscoplásticos, que és una branca de la teoria de la mecànica del continu. La dependència de la velocitat de deformació en este context significa que la deformació del material depén de la velocitat a la que s'apliquen les càrrega.[1]

De la mateixa manera que en el comportament plàstic, en el comportament viscoelástico el material sofrix deformacions irrecuperables quan s'alcança un nivell de càrrega. La diferència és que en plasticidad el comportament és independent de la velocitat de deformació. De fet les teories de plasticidad poden considerar-se una primera aproximació al verdader comportament viscoelástico, les equacions del qual més complexes són necessàries per a descriure la plasticidad transitòria, especialment quan la velocitat de deformació és alta. Una atra diferència entre el comportament plàstic i viscoplástico és que en este últim cas, no solament apareixen deformacions permanents despuix de l'aplicació de càrregues, sino que el material continua experimentant un fluix de fluencia en funció del temps baix l'influència de la càrrega aplicada. Per una atra part, la viscoplasticidad i la viscoelasticidad compartixen el fet de que les tensions depenen de la velocitat de deformació, encara que en el cas purament viscoelástico això no es traduïx en l'aparició de deformacions permanents o irreversibles.

La viscoplasticidad tridimensional es modeliza per mig de models de sobreesfuerzo dels tipos Perzyna o Duvaut-Lions. [2] En estos models, es permet que la tensió aumente més allà de la superfície de fluencia independent de la taxa en aplicar una càrrega i després es permet que es relaixe de nou a la superfície de fluencia en el temps. Per lo general, se supon que la superfície de fluencia no depén de la velocitat de deformació en estos models. Un enfocament alternatiu és afegir una dependència de la velocitat de deformació al llímit elàstic i utilisar les tècniques de plasticidad per a calcular la resposta d'un material[3]

Per als metals i les aleacions, la viscoplasticidad és el comportament macroscòpic causat per un mecanisme associat al moviment de recalcada en els grans, en efectes superposts d'esmonyida intercristalino. El mecanisme generalment es torna dominant a temperatures superiors a aproximadament un terç de la temperatura absoluta de fusió. No obstant, certes aleacions exhibixen viscoplasticidad a temperatura ambiente (300K). Per als polímero, la fusta i el betum, es requerix la teoria de la viscoplasticidad per a descriure el comportament més allà del llímit d'elasticitat o viscoelasticidad.

En general, les teories viscoplásticas són útils en àrees com:

  • el càlcul de les deformacions permanents,
  • la predicció del colapse plàstic de les estructures,
  • l'investigació de l'estabilitat,
  • simulacions de chocs,
  • sistemes exposts a altes temperatures, com les turbines dels motors, per eixemple, una central elèctrica,
  • Problemes dinàmics i sistemes exposts a altes taxes de deformació.

Història

[editar | editar còdic]

L'investigació sobre les teories de la plasticidad va començar en 1864 en el treball d'Henri Tresca,[4] A. J. C. B. de Saint Venant (1870) i M. Levy (1871)[5] en el criteri de tall màxim.[6] Un model de plasticidad millorat va ser presentat en 1913 per Richard von Mises[7] que ara es coneix com el criteri de Von Mises. En viscoplasticidad, el desenroll d'un model matemàtic es remonta a 1910 en la representació de creep primari per la llei d'Andrade.[8] En 1929, Norton[9] va desenrollar un model unidimensional en amortiguación que relacionava la velocitat de fluencia secundària en la tensió mecànica. En 1934, Odqvist[10] va generalisar la llei de Norton al cas tridimensional.

Conceptes com la normalitat del fluix plàstic a la superfície de fluencia i les regles de fluix per a la plasticidad varen ser introduïts per L. Prandtl (1924)[11] i Reuss (1930). [12] En 1932, Hohenemser i W. Prager[13] varen propondre el primer model per al fluix viscoplástico llent. Este model va proporcionar una relació entre el tensor desviador per a la tensió i la velocitat de deformació per a un sòlit de Bingham incompresible [14] No obstant, l'aplicació d'estes teories no va començar abans de 1950, quan es varen descobrir les teoremes de llímit.


En 1960, el primer Simpòsium IUTAM "Creep in Structures" organisat per Hoff[15] va contribuir significativament al desenroll de teoria de la viscoplasticidad en els treballs de Hoff, Rabotnov, Perzyna, Hult i Lemaitre per a les lleis d'enduriment isotrópico, i els de Kratochvil, Malinini i Khadjinsky, Ponter i Leckie, i Chaboche per a les lleis d'enduriment cinemàtic. Perzyna, en 1963, va introduir un coeficient de viscosidad que depén de la temperatura i el temps.[16] Els models formulats varen ser fonamentats en la termodinàmica dels processos irreversibles i el punt de vista fenomenológico. Les idees presentades en estos treballs han segut la base de la majoria de les investigacions posteriors sobre la plasticidad depenent de la velocitat.

Casuística i observacions experimentals

[editar | editar còdic]

Per a un anàlisis qualitatiu, es realisen vàries proves característiques per a descriure la fenomenologia dels materials viscoplásticos. Alguns eixemples d'estes proves són [8]

  1. ensajos d'enduriment a una velocitat de tensió o deformació constant,
  2. ensajos de creep a força constant, i
  3. relaixació tensions a elongació constant.

Prova d'enduriment per deformació

[editar | editar còdic]
Resposta tensió-deformació d'un material viscoplástico a diferents velocitats de deformació. Les llínees punteadas mostren la resposta si la velocitat de deformació es manté constant. La llínea blava mostra la resposta quan la velocitat de deformació canvia sobtadament.

Un fet comú en la deformació plàstica és que en molts materials en enduriment es requerix un aument en la tensió per a produir una deformació adicional. Este fenomen es coneix com enduriment per deformació/treballe. [17] Per a un material viscoplástico, les curves d'enduriment no són significativament diferents de les del material plàstic independent de la velocitat. No obstant, es poden observar tres diferències essencials.

  1. A la mateixa deformació, quant major siga la taxa de deformació, major serà la tensió
  2. Un canvi en la velocitat de deformació durant la prova dona com resultat un canvi immediat en la curva tensió-deformació.
  3. El concepte de llímit de rendiment plàstic ya no és estrictament aplicable.

L'hipòtesis de la partició de les deformacions per mig del desacoplament de les parts elàstiques i plàstiques seguix sent aplicable quan les deformacions són menudes,[2] és dir,

𝜺=𝜺e+𝜺vp

a on 𝜺e és la deformació elàstica i 𝜺vp és la deformació viscoplástica. Per a obtindre el comportament tensió-deformació que es mostra en blava en la figura adjunta, el material es carrega inicialment a una velocitat de deformació de 0,1/s. A continuació, la velocitat de deformació s'eleva instantàneament a 100/s i es manté constant en eixe valor durant algun temps. Al final d'eixe periodo de temps, la velocitat de deformació es reduïx instantàneament a 0,1/s i el cicle continua per a valors creixents de deformació. És evident que existix un desfasament entre el canvi de la velocitat de deformació i la resposta la tensió. Este retart es modela en prou precisió per mig de models de sobresfuerzo (com la Model de Perzyna), pero no per models de plasticidad independent de la taxa que tenen un llímit elàstic dependent de la taxa.

Ensaig de fluencia

[editar | editar còdic]
Archiu:Creep test. caps block 39
Ensaig de fluencia
Deformació en funció del temps en un ensaig de fluencia.

La fluencia és la tendència d'un material sòlit a deformar-se permanentment baix tensions constants. Els ensajos de fluencia medixen la resposta a la deformació baix una tensió constant, com es mostra en la figura adjunta. La curva de fluencia clàssica representa l'evolució de la deformació en funció del temps en un material somés a esforços uniaxiales a una temperatura constant. L'ensaig de fluencia, per eixemple, es realisa aplicant una força/tensió constant i analisant la resposta a la deformació del sistema. En general, com es mostra en la figura adjunta, esta curva sol mostrar tres fases o periodos de comportament[8]

  1. Una etapa de fluencia primària, també coneguda com fluencia transitòria, és l'etapa inicial durant la qual l'enduriment del material conduïx a una disminució en la taxa de fluix que inicialment és molt alta. (0≤𝜺≤𝜺1).
  2. L'etapa de fluencia secundària, també coneguda com a estat estacionario, és a on la velocitat de deformació és constant. (𝜺1≤𝜺≤𝜺2).
  3. Una fase de fluencia terciaria en la que hi ha un aument en la velocitat de deformació fins a la deformació de fractura. (𝜺2≤𝜺≤𝜺R).

Ensaig de relaixació

[editar | editar còdic]
a) deformació aplicada en un ensaig de relaixació i b) tensió induïda en funció del temps durant un curt periodo de temps per a un material viscoplástico.

Com es mostra en la figura adjunta, l'ensaig de relaixació[18] descriu com és la resposta tensional a deformació constant a lo llarc d'un periodo de temps. En materials viscoplásticos, les proves de relaixació mostren una relaixació o disminució de la tensió associada a la càrrega uniaxial baix deformació constant. De fet, estos ensajos caracterisen la viscosidad i es poden utilisar per a determinar la relació que existix entre la tensió i la velocitat de deformació viscoplástica. La descomposició de la velocitat de deformació és

d𝜺dt=d𝜺edt+d𝜺vpdt.

La part elàstica de la velocitat de deformació ve donada per

d𝜺edt=𝖤−1d𝝈dt

Per a la regió plana de la curva de temps de deformació, la velocitat de deformació total és zero. Per lo tant, tenim,

d𝜺vpdt=−𝖤−1d𝝈dt

Per lo tant, la curva de relaixació es pot utilisar per a determinar la velocitat de deformació viscoplástica i, per lo tant, la viscosidad en un model de material viscoplástico unidimensional. El valor residual que s'alcança quan la tensió s'estabilisa al final d'un ensaig de relaixació corresponent al llímit superior elàstic. Per a alguns materials, com la sal gema, este llímit superior elàstic s'alcança a un valor molt chicotet de tensió i els ensajos de relaixació poden continuar-se durant més d'un any sense que s'observe cap replanell en la tensió.

És important tindre en conte que els ensajos de relaixació són extremadament difícils de realisar perque mantindre la condició:d𝜺dt=0 en una prova requerix una delicadea considerable.[19]


Referències

[editar | editar còdic]
  1. ↑ (1966).«Problemes fonamentals en viscoplasticidad».Advances in Applied Mechanics.9(2)
    244–368.
  2. ↑ 2,0 2,1 (1998).«Computational inelasticity».
  3. ↑ (1990).«Effect of viscoplastic flow rules on the initiation and growth of shear bands at high strain rates».Journal of the Mechanics and Physics of Solids.38(6)
    859–874.doi:10.1016/0022-5096(90)90043-4.
  4. ↑ (1864).«Sur l'écoulement dones Corps solides soumis à dones fortes pressions».Comptes Rendus de l'Académie dones Sciences de Paris.59
    754-756.
  5. ↑ Plantilla:Cite
  6. ↑ Kojic, M. and Bathe, K-J., (2006), Inelastic Analysis of Solids and Structures, Elsevier.
  7. ↑ von Mises, R. (1913) "Mechanik der festen Korper im plastisch deformablen Zustand." Gottinger Nachr, math-phys Kl 1913:582-592.
  8. ↑ 8,0 8,1 8,2 Betten, J., 2005, Creep Mechanics: 2nd Ed., Springer.
  9. ↑ Norton, F. H. (1929). Creep of steel at high temperatures. McGraw-Hill Book Co., New York.
  10. ↑ Odqvist, F. K. G. (1934) "Creep stresses in a rotating disc." Proc. IV Int. Congress for Applied. Mechanics, Cambridge, p. 228.
  11. ↑ Prandtl, L. (1924) Proceedings of the 1st International Congress on Applied Mechanics, Delft.
  12. ↑ (1930).«Berücksichtigung der elastischen Formänderung in der Plastizitätstheorie».Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Mechanik.10(3)
    266–274.doi:10.1002/zamm.19300100308.
  13. ↑ (1932).«Fonamental equations and definitions concerning the mechanics of isotropic contínua».Journal of Rheology.3(1)
    16.doi:10.1122/1.2116434.
  14. ↑ Bingham, E. C. (1922) Fluidity and plasticity. McGraw-Hill, New York.
  15. ↑ Hoff, ed., 1962, IUTAM Colloquium Creep in Structures; 1st, Stanford, Springer.
  16. ↑ Lubliner, J. (1990) Plasticity Theory, Macmillan Publishing Company, NY.
  17. ↑ Young, Mindness, Gray, and Bentur (1998): "The Science and Technology of Civil Engineering Materials," Prentice Hall, NJ.
  18. ↑ François, D., Pineau, A., Zaoui, A., (1993), Mechanical Behavior of Materials Volume II: Viscoplasticity, Damage, Fracture and Contact Mechanics, Kluwer Academic Publishers.
  19. ↑ Cristescu, N. and Gioda, G., (1994), Viscoplastic Behaviour of Geomaterials, International Centre for Mechanical Sciences.
Obtingut de «https://www.lenciclopedia.org/w/index.php?title=Viscoplasticitat&oldid=852799»