ひずみエネルギーは、荷重条件下での変形によって材料内に蓄えられるエネルギーを定量化したもので、材料科学および材料工学の基本概念です。材料が応力が均一に分散された軸方向荷重を受けるときのひずみエネルギーをモデル化できます。このシナリオでは、材料が受ける応力は内部力を断面積で割ったもので、誘発されるひずみは弾性率を通じてこの応力に直接比例します。
応力分布が均一であれば、応力とひずみの積として定義されるひずみエネルギー密度を材料の体積全体にわたって積分して、蓄積された総ひずみエネルギーを求めることができます。
ただし、応力分布が不均一な材料の場合、ひずみエネルギーの計算はより複雑になります。このような場合、応力とひずみの局所的な変動を考慮して、小さな体積のひずみエネルギー密度を定義する必要があります。総ひずみエネルギーは、材料の体積全体にわたるこれらの密度の合計です。
この考察は、変形が可逆的であり、荷重が取り除かれると材料が元の形状に戻る弾性挙動を前提としています。ひずみエネルギーを理解して計算することは、故障することなく動作応力に耐えることができる材料や部品を設計するために不可欠です。
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