المواد المرنة: الأنواع والخصائص والأمثلة - كيمياء - 2026

و المواد المرنة هي تلك المواد التي لديها القدرة على مقاومة تأثير أو تشويه أو تشويه القوة، ومن ثم العودة إلى شكلها الأصلي وحجم عند إزالة القوة نفسها.

تُستخدم المرونة الخطية على نطاق واسع في تصميم وتحليل الهياكل مثل الحزم والألواح والألواح. تعتبر المواد المرنة ذات أهمية كبيرة للمجتمع ، حيث يتم استخدام العديد منها في صناعة الملابس والإطارات وقطع غيار السيارات وما إلى ذلك.

خصائص المواد المرنة

عندما تتشوه مادة مرنة بواسطة قوة خارجية ، فإنها تواجه مقاومة داخلية للتشوه وتعيدها إلى حالتها الأصلية إذا لم تعد القوة الخارجية مطبقة.

إلى حد ما ، تُظهر معظم المواد الصلبة سلوكًا مرنًا ، ولكن هناك حدًا لمقدار القوة والتشوه المصاحب في هذا الاسترداد المرن.

تعتبر المادة مرنة إذا كان من الممكن شدها حتى 300٪ من طولها الأصلي. لهذا السبب ، يوجد حد مرن ، وهو أكبر قوة أو توتر لكل وحدة مساحة من مادة صلبة يمكن أن تتحملها في حالة حدوث تشوه دائم.

بالنسبة لهذه المواد ، تشير نقطة الإنتاجية إلى نهاية سلوكها المرن وبداية سلوكها البلاستيكي. بالنسبة للمواد الأضعف ، يؤدي الضغط على نقطة إنتاجها إلى كسرها.

يعتمد حد المرونة على نوع المادة الصلبة المعتبرة. على سبيل المثال ، يمكن تمديد قضيب معدني بشكل مرن حتى 1٪ من طوله الأصلي.

ومع ذلك ، يمكن لشظايا بعض المواد المطاطية أن تتعرض لتمديدات تصل إلى 1000٪. تميل الخصائص المرنة لمعظم المواد الصلبة المقصودة إلى الوقوع بين هذين الطرفين.

قد تكون مهتمًا بمعرفة كيف يتم تصنيع مادة مرنة؟

أنواع المواد المرنة

نماذج من المواد المرنة من نوع كوشي

في الفيزياء ، مادة Cauchy المرنة هي مادة يتم فيها تحديد إجهاد / توتر كل نقطة فقط من خلال الحالة الحالية للتشوه فيما يتعلق بتكوين مرجعي تعسفي. يسمى هذا النوع من المواد أيضًا مادة مرنة بسيطة.

بناءً على هذا التعريف ، فإن الضغط في مادة مرنة بسيطة لا يعتمد على مسار الانفعال ، أو تاريخ الإجهاد ، أو الوقت المستغرق لتحقيق هذه السلالة.

يشير هذا التعريف أيضًا إلى أن المعادلات التأسيسية محلية مكانيًا. هذا يعني أن الإجهاد يتأثر فقط بحالة التشوهات في حي قريب من النقطة المعنية.

كما يعني أيضًا أن قوة الجسم (مثل الجاذبية) وقوى القصور الذاتي لا يمكن أن تؤثر على خصائص المادة.

المواد المرنة البسيطة هي تجريدات رياضية ، ولا توجد مادة حقيقية تناسب هذا التعريف تمامًا.

ومع ذلك ، يمكن افتراض أن العديد من المواد المرنة ذات الأهمية العملية ، مثل الحديد والبلاستيك والخشب والخرسانة ، هي مواد مرنة بسيطة لأغراض تحليل الإجهاد.

على الرغم من أن إجهاد المواد المرنة البسيطة يعتمد فقط على حالة التشوه ، فإن العمل الذي يتم بواسطة الإجهاد / الإجهاد يمكن أن يعتمد على مسار التشوه.

لذلك ، تحتوي المادة المرنة البسيطة على هيكل غير متحفظ ولا يمكن اشتقاق الإجهاد من دالة محتملة مرنة قابلة للقياس. بهذا المعنى ، تسمى المواد المحافظة مفرطة المرونة.

المواد عالية المرونة

هذه المواد المرنة هي تلك التي تحتوي على معادلة تأسيسية مستقلة عن قياسات الإجهاد المحدودة باستثناء الحالة الخطية.

تختلف نماذج المواد ضعيفة المرونة عن نماذج المواد فائقة المرونة أو المواد المرنة البسيطة ، حيث لا يمكن اشتقاقها من دالة كثافة طاقة التشوه (FDED) ، باستثناء ظروف معينة.

يمكن تعريف المادة ناقصة المرونة بدقة على أنها مادة تم تصميمها باستخدام معادلة تأسيسية تفي بهذين المعيارين:

• يعتمد موتر التوتر ō في الوقت t فقط على الترتيب الذي احتل به الجسم تكويناته السابقة ، ولكن ليس على الفترة التي تم فيها اجتياز هذه التكوينات السابقة.

كحالة خاصة ، يتضمن هذا المعيار مادة مرنة بسيطة ، حيث يعتمد الضغط الحالي فقط على التكوين الحالي بدلاً من تاريخ التكوينات السابقة.

• هناك دالة موتر بقيمة G مثل ō = G (ō ، L) حيث ō هو امتداد موتر الإجهاد للمادة و L هو موتر التدرج اللوني للسرعة الفضائية.

مواد شديدة المرونة

تسمى هذه المواد أيضًا بمواد Green المرنة. إنها نوع من المعادلات التأسيسية للمواد المرنة بشكل مثالي والتي يتم اشتقاق العلاقة بين الإجهاد من دالة كثافة طاقة الإجهاد. هذه المواد هي حالة خاصة من المواد المرنة البسيطة.

بالنسبة للعديد من المواد ، لا تصف النماذج المرنة الخطية بشكل صحيح السلوك الملحوظ للمادة.

المثال الأكثر شيوعًا لهذه الفئة من المواد هو المطاط ، الذي يمكن تعريف علاقته بالضغط والتوتر على أنه غير خطي ، ومرن ، وخواص الخواص ، وغير مفهوم ، ومستقل بشكل عام عن نسبة إجهاده.

توفر المرونة المفرطة طريقة لنمذجة سلوك الإجهاد والتوتر لمثل هذه المواد.

غالبًا ما يتوافق سلوك اللدائن الفارغة والمبركنة مع المثالية المفرطة المرونة. يتم أيضًا تصميم اللدائن المعبأة ، والرغاوي البوليمرية ، والأنسجة البيولوجية مع مراعاة المثالية المفرطة المرونة.

تُستخدم نماذج المواد شديدة المرونة بانتظام لتمثيل سلوك الضغط العالي في المواد.

وعادة ما تستخدم لنمذجة الاستومر الكامل والفارغ والسلوك الميكانيكي.

أمثلة على المواد المرنة

1- المطاط الطبيعي

2- دنة أو ليكرا

3- مطاط البوتيل (PIB)

4- الفلورلاستومر

5- اللدائن

6- مطاط الإيثيلين - البروبيلين (EPR)

7- ريسيلين

8- مطاط ستايرين بوتادين (SBR)

9- كلوروبرين

10- الإيلاستين

11- مطاط الابيكلوروهيدرين

12- نايلون

نايلون

13- تربين

14- مطاط الايزوبرين

15- Poilbutadiene

16- مطاط النتريل

17- سترتش فينيل

18- الاستومر بالحرارة

19- مطاط السيليكون

20- مطاط الإيثيلين - البروبيلين - ديين (EPDM)

21- إيثيل فينيل أسيتات (EVA أو المطاط الرغوي)

22- مطاط البوتيل المهلجن (CIIR ، BIIR)

23- النيوبرين

المراجع

1. أنواع المواد المرنة. تعافى من leaf.tv.
2. مادة مرنة كوشي. تعافى من wikipedia.org.
3. أمثلة على المواد المرنة (2017) تم الاسترجاع من موقع quora.com.
4. كيفية اختيار مادة فائقة المرونة (2017) تم الاسترجاع من simscale.com
5. مادة مفرطة الحساسية. تعافى من wikipedia.org.