27.2 : Densité de déformation-énergie

Comprendre la densité d'énergie de déformation dans les matériaux soumis à une charge axiale est crucial pour évaluer leur comportement mécanique et leur durabilité. Lorsqu'une tige est soumise à une telle charge, elle s'allonge et stocke de l'énergie, appelée énergie de déformation, sous forme d'énergie potentielle dans le matériau. Cette énergie est mesurée en termes d’énergie par unité de volume.

Dans la région élastique d'un matériau, la relation entre la contrainte et la déformation est linéaire et suit la loi de Hooke. La densité d'énergie de déformation dans cette région est calculée à partir de l'aire sous la courbe contrainte-déformation jusqu'à la limite élastique. Cette énergie stockée est récupérable et est appelée module de résilience, qui indique la quantité d'énergie que le matériau peut absorber tout en revenant à sa forme originale lors du déchargement.

Au-delà de la limite élastique, le matériau se comporte plastiquement en se déformant de façon permanente. Dans cette région plastique, seule une partie de l’énergie stockée est récupérable lors du déchargement ; le reste est perdu sous forme de chaleur ou utilisé en déformation permanente. L'énergie totale qu'un matériau peut absorber avant sa rupture est mesurée par le module de ténacité.

Cette valeur est cruciale pour les applications qui nécessitent une résistance aux chocs ou une ductilité élevée, facilitant la sélection de matériaux pour des applications spécifiques et la conception de structures capables de résister aux charges mécaniques.