27.1 : אנרגיית מעוות

אנרגיית מעוות היא מושג בסיסי בתחום מדעי החומרים והנדסת מבנים, המתאר את האנרגיה הנספגת על ידי חומר או מבנה כאשר הוא מעוות בעומס.

חשבו על מוט שמקובע בקצה אחד ונתון לכוח צירי בקצה החופשי. כוח צירי זה גורם ללחץ בתוך המוט, מה שמוביל להתארכותו. ככל שהכוח הצירי גדל, כך גדלה התארכות המוט, מה שממחיש קשר ישיר בין הכוח המופעל לעיוות הנובע מכך. התנהגות זו יכולה להיות מיוצגת באופן גרפי על ידי תרשים עומס-עיוות.

העבודה שעושה הכוח הצירי כדי להאריך את המוט בכמות קטנה שווה למכפלת הכוח וההתארכות המתאימה. מבחינה גרפית, עבודה זו תואמת את השטח מתחת לעקומת העומס-עיוות עבור התארכות נתונה. כדי לחשב את סך העבודה שנעשתה על המוט עבור כל התארכות נתונה, יש לשלב את משוואת הכוח-התארכות על פני גבולות ההתארכות. העבודה הכוללת הזו מייצגת את הזנת האנרגיה למערכת, אשר מאוחסנת כאנרגיית מעוות. בתוך הגבול האלסטי של החומר, אנרגיית המעוות U שנאגרה בחומר עקב עיוות אלסטי היא פרופורציונלית לריבוע ההתארכות.

המושג אנרגיית מעוות מאפשר למהנדסים לכמת את יכולת ספיגת האנרגיה של חומר או רכיב, החיונית להערכת יכולתו לעמוד בעומסים מבלי לעבור עיוות או כשל קבועים. אנרגיית המעוות ממלאת גם תפקיד מרכזי ביישומים הנדסיים שונים, כגון תכנון בולמי זעזועים, התקני אחסון אנרגיה ובניתוח כוחות הפגיעה.