Download - Viscoelasticidad de polimeros
Para tener un entendimiento del
comportamiento viscoelástico, en
necesario empezar por analizar el
comportamiento de los efectos que
lo conforman
Comportamiento Elástico
Materiales que se comportan de
una manera lineal en su relación
de esfuerzo aplicado y
deformación producida.
Sólido de Hooke: La relación entre
esfuerzo y deformación unitaria
se considera lineal para los
materiales.
𝜀
𝜎 𝜎=𝐸 𝜀
• El esfuerzo aplicado a un material
elástico es proporcional a la
deformación producida.
• La deformación desaparece tras
retirar el esfuerzo.
• Estas dos se relacionan por el
modulo de elasticidad.
Viscosidad
Fluido Newtoniano: Al aplicar un
esfuerzo cortante sobre un fluido
éste adquiere una velocidad de
deformación función de su
viscosidad y el esfuerzo.
• Aceites, geles, agentes
lubricantes.
• El amortiguador newtoniano
𝐹
𝐹
• La viscosidad es la relación
existente entre el esfuerzo
aplicado y la velocidad de
deformación.
• La recuperación del material
tras cesar el esfuerzo es
parcial.
Viscoelasticidad
• El comportamiento del material
es tanto de un sólido de Hooke
como de un fluido de Newton.
• La deformación existente es
dependiente del tiempo.
• Todo material tiene la
capacidad de fluir (sólo
depende del tiempo de
observación).
• Las gráficas de esfuerzo-
deformación se complementan
con gráficas que son función
del tiempo.
• La recuperación del material
tras retirar el esfuerzo se da
sólo en una parte de la
deformación total.
Materiales característicos
• Metales a temperaturas
cercanas a la de fusión.
• Polímeros (caucho, polímeros
orgánicos, gomas), plásticos
como
• PEBD, PE, PVC, PET
• Concreto
• Papel
• Madera
Modelos mecánicos
• Representan físicamente lo
que sucede con los materiales.
• El modelo básico se forma por
un muelle y un pistón.
• Modelo viscoelástico de
Maxwell (Materiales
relajantes).
• Modelo viscoelástico de Kelvin
(respuesta elástica demorada).
Modelos mecánicos
• Modelo estándar de sólido
viscoelástico (A).
• Modelo de Burgers. (B).
• Modelos generalizados.
• Kelvin (C).
• Maxwell (D).
A
B
C
D
A
B
C
D
Modelo de cuatro parámetros:
Representa de manera más
exacta los tres modelos de
respuesta viscoelástica básica.
• Respuesta elástica instantánea
()
• Flujo viscoso del amortiguador
().
• Respuesta elástica retardada
(unidad de Kelvin).
Fluencia lenta y relajación Deformabilidad al flujo plástico
Modulo de relajación
• Pruebas que se realizan para
describir el comportamiento
del material.
• Fluencia lenta (creep): El
esfuerzo es constante mientras
varía la deformación
• Relajación de esfuerzos: La
deformación es constante
mientras se mide la variación
en el esfuerzo.
Viscoelasticidad no lineal
• La relación existente entre la deformación y el esfuerzo varía para cada ensayo realizado.
• Las funciones de creep y relajación no pueden ser separadas.
• Deformaciones grandes, tiempos de deformación muy prolongados, cambio en las propiedades
del material…
• Diversos modelos se muestran pero son poco confiables para generalizar un comportamiento de
material. sus constantes se determinan experimentalmente y por comparación.
Trabajos en viscoelasticidad
• 1874: Boltzman inicia la teoría de la viscoelasticidad clásica para materiales isotrópicos.
• Principios del siglo XX: Eugene Bingham y Markus Reiner introdujeron el término viscoelástico.
• 1999: Huber y Tsakmakis muestran que es posible hacer dos descomposiciones de la deformación
viscoelástica.
• 2002: Lin & Schomburg muestran la formulación teórica e implementación de un nuevo
material isotrópico parecido al caucho