27.2 : Gerinim-Enerji Yoğunluğu

Eksenel yük altındaki malzemelerdeki gerinim enerjisi yoğunluğunu anlamak, mekanik davranışlarını ve dayanıklılıklarını değerlendirmek için çok önemlidir. Çubuk böyle bir yüke maruz kaldığında, gerinim enerjisi olarak bilinen enerjiyi malzeme içindeki potansiyel enerji olarak uzatır ve depolar. Bu enerji birim hacim başına enerji cinsinden ölçülür.

Bir malzemenin esnek bölgesinde gerilim ve gerinim arasındaki ilişki doğrusaldır ve Hooke Yasasını takip eder. Bu bölgedeki gerinim enerji yoğunluğu, gerilme-gerinim eğrisinin altında kalan alandan esnek limite kadar hesaplanır. Depolanan bu enerji geri kazanılabilir ve esneklik modülü olarak adlandırılır; bu, malzemenin ne kadar enerji emebileceğini ve boşaltma sonrasında orijinal şekline dönebileceğini gösterir.

Esneklik sınırının ötesinde malzeme plastik gibi davranır ve kalıcı olarak deforme olur. Bu plastik bölgede depolanan enerjinin yalnızca bir kısmı boşaltma sırasında geri kazanılabilir; geri kalanı ısı olarak kaybolur veya kalıcı deformasyonda kullanılır. Bir malzemenin kopmadan önce absorbe edebileceği toplam enerji, tokluk modülü ile ölçülür.

Bu değer, yüksek darbe direnci veya süneklik gerektiren uygulamalar için çok önemlidir; belirli uygulamalar için malzeme seçimine ve mekanik yüklere dayanacak yapıların tasarlanmasına yardımcı olur.