27.3 : Énergie de déformation élastique pour les contraintes normales

L'énergie de déformation quantifie l'énergie stockée dans un matériau en raison de la déformation sous des conditions de chargement, un concept fondamental en science et ingénierie des matériaux. L'énergie de déformation peut être modélisée lorsqu'un matériau est soumis à un chargement axial avec une contrainte uniformément répartie. Dans ce scénario, la contrainte subie par le matériau est la force interne divisée par la surface de la section transversale, et la déformation induite est directement proportionnelle à cette contrainte via le module d'élasticité.

Si la répartition des contraintes est uniforme, la densité d'énergie de déformation, définie comme le produit de la contrainte et de la déformation, peut être intégrée sur tout le volume du matériau pour produire l'énergie de déformation totale stockée.

Cependant, le calcul de l’énergie de déformation devient plus complexe pour les matériaux présentant des répartitions de contraintes non uniformes. Dans de tels cas, la densité d'énergie de déformation doit être définie pour les petits volumes afin de tenir compte des variations locales de contrainte et de déformation. L'énergie de déformation totale est la somme de ces densités dans le volume du matériau.

Cette considération suppose un comportement élastique, où la déformation est réversible et où le matériau reprend sa forme d'origine lorsque la charge est supprimée. Comprendre et calculer l'énergie de déformation est essentiel pour concevoir des matériaux et des composants capables de résister aux contraintes opérationnelles sans défaillance.