Je länger das Gummiband gedehnt wird, desto schmaler wird seine Breite? Es ist die Poissonzahl, die das ganze Problem verursacht!

Jeder hat diese Erfahrung bestimmt schon einmal gemacht: Wenn wir im Alltag mit Gummibändern spielen, wird die Länge des Gummibandes größer, während die Breite kleiner wird, je weiter wir es dehnen! Dieses interessante Phänomen spiegelt eine wunderbare Materialeigenschaft wider. Was also ist los?

In der Materialmechanik verwenden wir einen speziellen Begriff, die Poissonzahl , um die Art und Weise zu beschreiben, wie sich ein Material verformt, wenn es äußeren Kräften ausgesetzt wird. Die Poissonzahl bezeichnet einfach das Verhältnis der transversalen Normaldehnung zur axialen Normaldehnung, wenn ein Material einer unidirektionalen Zug- oder Druckbelastung ausgesetzt ist. Dieses Verhältnis ist eigentlich eine elastische Konstante, die die seitliche Verformung des Materials widerspiegelt und uns hilft zu verstehen, wie sich das Material unter der Einwirkung äußerer Kräfte verformt.

Bei den meisten Materialien ist die Poissonzahl positiv und liegt typischerweise zwischen 0,2 und 0,5. Dies bedeutet, dass sich das Material bei einer Dehnung in eine Richtung in radialer Richtung zusammenzieht. und wenn es in eine Richtung komprimiert wird, dehnt es sich in radialer Richtung aus.

Es gibt jedoch einige spezielle Materialien, bei denen die Poissonzahl negativ ist. Dies bedeutet, dass sich dieses Material bei unidirektionaler Dehnung in radialer Richtung ausdehnt. und wenn das Material unidirektional komprimiert wird, wird es in radialer Richtung schmaler. Dieser Materialtyp wird als Material mit negativer Poissonzahl bezeichnet und ist allgemein auch als „auxetisches Material“ bekannt.

Materialien mit negativer Poissonzahl haben viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen, da sie über einzigartige Eigenschaften verfügen, die sich von gewöhnlichen Materialien unterscheiden, und Vorteile bieten, die andere Materialien nicht bieten können. Sie weisen eine gute Ermüdungsbeständigkeit, Energieabsorption, Porosität, Scherfestigkeit und Bruchfestigkeit auf und werden daher häufig in der Automobilindustrie, im Schiffbau, in der Luft- und Raumfahrt und in der Medizin eingesetzt. Typische Materialien mit negativer Poissonzahl sind Pyrit, Katzenhaut, pyrolytischer Graphit, menschliches Arterienendothel, Sonnenblumenschaumkern und Steine ​​mit Mikrorissen. Aufgrund ihrer Eigenschaften spielen diese Materialien eine wichtige Rolle in der wissenschaftlichen Forschung und in technischen Anwendungen.

Quelle

Diese Arbeit wurde unter der Leitung von Professor Fan Yubo und Professor Wang Lizhen vom Expertenteam für Wissenschaftskommunikation zur Biomechanik der China Association for Science and Technology und dem Team für Wissenschaftskommunikation zur Biomechanik der Chinese Society of Biomaterials abgeschlossen.

Autoren: Yao Yan, Shi Yanzhu, Yu Jiayu, Yang Xinyi, Huang Huiwen

Unterstützende Einheiten: Beijing Biomedical Engineering Advanced Innovation Center, Science Education Base, Materials Biomechanics Branch der Chinese Society of Biomaterials.

Diese Arbeit wird vom Excellent Science Popularization Project der China Biomaterials Society finanziert.