27.1 : Énergie de déformation

L'énergie de déformation est un concept fondamental dans le domaine de la science des matériaux et de l'ingénierie des structures, décrivant l'énergie absorbée par un matériau ou une structure lorsqu'il est déformé sous charge.

Considérons une tige fixée à une extrémité et soumise à une force axiale à l'extrémité libre. Cette force axiale induit une contrainte au sein de la tige, conduisant à son allongement. À mesure que la force axiale augmente, l’allongement de la tige augmente également, illustrant une relation directe entre la force appliquée et la déformation résultante. Ce comportement peut être représenté graphiquement par un tracé charge-déformation.

Le travail effectué par la force axiale pour allonger légèrement la tige est égal au produit de la force et de l’allongement correspondant. Graphiquement, ce travail correspond à l'aire sous la courbe charge-déformation pour un allongement donné. Pour calculer le travail total effectué sur la tige pour un allongement donné, il faut intégrer l'équation force-allongement sur les limites d'allongement. Ce travail total représente l’apport d’énergie au système, qui est stocké sous forme d’énergie de déformation. Dans la limite élastique du matériau, l'énergie de déformation U stockée dans le matériau en raison de la déformation élastique est proportionnelle au carré de l'allongement.

Le concept d'énergie de déformation permet aux ingénieurs de quantifier la capacité d'absorption d'énergie d'un matériau ou d'un composant, ce qui est essentiel pour évaluer sa capacité à résister aux charges sans subir de déformation ou de rupture permanente. L'énergie de déformation joue également un rôle central dans diverses applications d'ingénierie, telles que la conception d'amortisseurs, de dispositifs de stockage d'énergie et dans l'analyse des forces d'impact.