27.3 : Energía de deformación elástica para tensiones normales

La energía de deformación cuantifica la energía almacenada dentro de un material debido a la deformación bajo condiciones de carga, un concepto fundamental en la ciencia e ingeniería de materiales. La energía de deformación se puede modelar cuando un material se somete a una carga axial con tensión uniformemente distribuida. En este escenario, la tensión experimentada por el material es la fuerza interna dividida por el área de la sección transversal, y la deformación inducida es directamente proporcional a esta tensión a través del módulo de elasticidad.

Si la distribución de tensiones es uniforme, la densidad de energía de deformación, definida como el producto de la tensión y la deformación, se puede integrar en todo el volumen del material para producir la energía de deformación total almacenada.

Sin embargo, calcular la energía de deformación se vuelve más complejo para materiales con distribuciones de tensiones no uniformes. En tales casos, la densidad de energía de deformación debe definirse para los volúmenes pequeños para tener en cuenta las variaciones locales de tensión y deformación. La energía de deformación total es la suma de estas densidades en todo el volumen del material.

Esta consideración supone un comportamiento elástico, donde la deformación es reversible y el material vuelve a su forma original cuando se retira la carga. Comprender y calcular la energía de deformación es vital para diseñar materiales y componentes que puedan soportar tensiones operativas sin fallar.