27.4 :  Kesme Gerilmeleri İçin Esneklik Gerinim Enerjisi

Önceki derslerde tartışıldığı gibi, bir malzemedeki gerinim enerjisi, malzeme bilimi ve makine mühendisliğinde çok önemli bir kavram olan esnek olarak deforme olduğunda depolanan enerjidir. Bu enerji, malzeme içindeki kohezyon kuvvetlerine karşı yapılan iç işten kaynaklanır. Bir malzeme kesme gerilimine ve buna karşılık gelen kesme gerilimine maruz kaldığında, birim hacim başına depolanan enerji olan gerinim enerjisi yoğunluğu hesaplanır. Gerilmenin, rijitlik modülü aracılığıyla gerinim ile orantılı olduğu esneklik sınır dahilinde, bu gerinim enerji yoğunluğu, kesme geriniminin karesi ve sertlik modülü ile orantılıdır.

Uygulanan tork nedeniyle bükülmeye maruz kalan bir mil gibi pratik uygulamalar için toplam gerinim enerjisinin hesaplanması önemli hale gelir. Bir mildeki kesme gerilimi, iç tork ve milin kutupsal atalet momenti ile belirlenebilir. Milin hacmine entegre edildiğinde bu gerilim toplam gerinim enerjisini verir. Silindirik millerde bu entegrasyon, milin kesit alanını ve uzunluğunu içerir; geometri ve sertlik modülü gibi malzeme özelliklerinin, malzemenin deformasyona direnme ve enerji depolama yeteneğini nasıl etkilediğini yansıtır. Bu anlayış, hem dayanıklı hem de operasyonel gerilimlere verimli bir şekilde dayanabilen mekanik yapıların tasarlanması için hayati öneme sahiptir.