¿Existe alguna relación entre la porosidad y la resistencia mecánica de los materiales porosos o compuestos?

Answer 1

Gracias por AtA.

Algunos puntos importantes relacionados con las propiedades mecánicas de los materiales porosos (celulares) ya se han señalado en otras tres respuestas. El término “resistencia mecánica” abarca varios tipos de comportamientos mecánicos de los materiales, dependiendo de las condiciones ambientales, así como del tipo de carga. Por ejemplo, el comportamiento contra la tensión, la compresión, la fluencia, la fatiga, el impacto y la torsión son muy diferentes. Incluso, las condiciones ambientales, como la temperatura y la presencia de productos químicos, juegan un papel importante. Todos los materiales, incluidos los porosos, se comportan de manera diferente en estas condiciones diferentes. Por lo tanto, la estructura porosa puede reforzar una propiedad mientras debilita la otra. La relación es muy complicada y hay muchos factores involucrados en las relaciones.

Aquí, doy algunas referencias. Para más detalles, sugiero al lector que los mire:

1. Sólidos celulares
2. Materiales celulares en la naturaleza y la medicina
3. Compuestos de poliestireno de fibra de madera expandida: relaciones de procesamiento-estructura-propiedades mecánicas
4. Espumas de poliestireno. II Relaciones de propiedades de estructura-impacto
5. Espumas de poliestireno. III. Relaciones estructura-propiedades de tracción

Las copias en PDF de algunas están disponibles en Internet.

Answer 2

Suponiendo muchas cosas, dependiendo de con qué comience, la respuesta simple es sí, y se conoce como la Regla de las mezclas. El problema es que los materiales son todos diferentes y responden solo aproximadamente a la regla de las mezclas, pero se descompone cuando las suposiciones son malas. Básicamente dice que cuantos más poros tengas, más débil será el material. No dice cómo ese número cambia con el tamaño de los poros o la distribución del tamaño de poro o la dureza de la matriz (sensibilidad del radio de grieta). Cuando lea en la ROM, tenga en cuenta que utiliza la fracción de volumen de las fases en cuestión. Entonces, si la mitad del material son huecos, es la mitad de fuerte que sin huecos. El problema es que un pequeño vacío en un material frágil lo mata mucho más rápido de lo que dice ROM. Como resultado, no lo usamos para predicciones de fuerza. Funciona mejor para otras cosas como la conductividad y el módulo donde la muestra no se romperá.

Answer 3

Ok, un agujero en un material significa que hay menos material, por lo que aumenta la tensión en el material adyacente. Y además de eso, también hay una concentración de estrés además de la pérdida de área neta que aumenta aún más el estrés. Entonces, algo con alta porosidad tendrá una menor resistencia medida que algo sin porosidad, y probablemente será una reducción mayor que la porosidad.

Por ejemplo, si tiene aluminio bueno para un rendimiento de 25,000 PSI y tiene un 40% de porosidad, puede suponer aproximadamente que solo le queda 0.60 material (1.0 – 0.4), de modo que la resistencia que mide ahora sería 25,000 x 0.60 = 15,000 psi . Pero con las concentraciones de estrés que se suman al aumento del estrés por la porosidad, bien puede estar por debajo de 15,000.

todo sobre el material neto que tiene, la forma de los poros, etc.

Answer 4

Los materiales compuestos de fibra continua en tensión no son muy sensibles a los huecos en la matriz (resina). Esto se debe a que las fibras transportan la mayor parte de la carga. En la compresión, la resistencia se ve afectada más negativamente porque las fibras se abrochan más fácilmente.