27.2 : Gęstość energii odkształcenia

Zrozumienie gęstości energii odkształcenia w materiałach pod obciążeniem osiowym ma kluczowe znaczenie dla oceny ich zachowania mechanicznego i trwałości. Pręt poddawany takiemu obciążeniu wydłuża się i magazynuje energię, zwaną energią odkształcenia, jako energię potencjalną w materiale. Energię tę mierzy się w kategoriach energii na jednostkę objętości.

W obszarze sprężystym materiału zależność pomiędzy naprężeniem i odkształceniem jest liniowa i jest zgodna z prawem Hooke'a. Gęstość energii odkształcenia w tym obszarze oblicza się z obszaru pod krzywą naprężenia-odkształcenia aż do granicy sprężystości. Ta zmagazynowana energia jest odzyskiwana i nazywana jest modułem sprężystości, który wskazuje, ile energii materiał może wchłonąć i nadal powrócić do swojego pierwotnego kształtu po rozładunku.

Po przekroczeniu granicy sprężystości materiał zachowuje się plastycznie, odkształcając się trwale. W tym plastycznym obszarze tylko część zmagazynowanej energii można odzyskać po rozładunku; reszta jest tracona w postaci ciepła lub wykorzystywana do trwałego odkształcenia. Całkowita energia, jaką materiał może pochłonąć przed rozerwaniem, jest mierzona modułem wytrzymałości.

Wartość ta ma kluczowe znaczenie w zastosowaniach wymagających dużej odporności na uderzenia lub plastyczności, pomagając w doborze materiałów do konkretnych zastosowań i projektowaniu konstrukcji wytrzymujących obciążenia mechaniczne.