軸方向の荷重がかかった材料のひずみエネルギー密度を理解することは、材料の機械的挙動と耐久性を評価するために重要です。棒がそのような負荷を受けると、棒は伸びて、ひずみエネルギーとして知られるエネルギーを材料内の位置エネルギーとして蓄えます。このエネルギーは、単位体積あたりのエネルギーとして測定されます。
材料の弾性領域では、応力とひずみの関係は線形であり、フックの法則に従います。この領域のひずみエネルギー密度は、弾性限界までの応力-ひずみ曲線の下の面積から計算されます。 この蓄積されたエネルギーは回復可能であり、弾性率と呼ばれます。これは、材料がどれだけのエネルギーを吸収し、除荷時に元の形状に戻ることができるかを示します。
弾性限界を超えると、材料は塑性的に動作し、永久に変形します。この可塑性領域では、貯蔵されたエネルギーの一部のみが除荷時に回収可能です。残りは熱として失われるか、永久変形に使用されます。破断する前に材料が吸収できる総エネルギーは、靭性係数によって測定されます。
この値は、高い耐衝撃性や延性が必要な用途にとって重要であり、特定の用途向けの材料の選択や機械的負荷に耐える構造の設計に役立ちます。
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