
【化】 elastic strain energy
ball; bomb; flip; pellet; play; shoot; spring
【醫】 bomb; bullet
【化】 strain energy
彈性應變能(Elastic Strain Energy)是材料在彈性變形階段因外力作用而儲存的能量。當外力移除後,這種能量會完全釋放,材料恢複原始形狀。其物理本質是原子間作用力在形變過程中所做的可逆功。在連續介質力學中,彈性應變能密度通常表示為: $$ u = frac{1}{2} sigma{ij} epsilon{ij} $$ 其中$sigma{ij}$為應力張量,$epsilon{ij}$為應變張量,該公式適用于各向同性線彈性材料。
根據《材料力學》标準定義,彈性應變能的宏觀體現包括彈簧儲能、橋梁承重結構設計等領域。美國材料試驗協會(ASTM E1823)将其量綱明确為焦耳/立方米(J/m³),強調其在工程安全評估中的核心作用。
中英術語對照顯示:"彈性應變能"對應"elastic strain energy",而"應變能密度"對應"strain energy density"。牛津材料科學詞典特别指出,該概念與胡克定律的適用邊界密切相關,當應力超過比例極限時,能量将部分轉化為不可逆的塑性變形能。
彈性應變能是材料在彈性變形過程中,由外力做功轉化并儲存于物體内部的能量。當外力去除後,這部分能量可完全釋放,使物體恢複原狀。以下是詳細解釋:
能量儲存機制
彈性應變能産生于外力作用下物體的彈性變形階段。此時,外力對物體做功,轉化為以應力和應變形式儲存的能量。例如,彈簧被壓縮或拉伸時儲存的能量即屬于彈性應變能。
數學表達
對于線彈性材料(滿足胡克定律),彈性應變能可通過以下公式計算:
彈性應變能概念廣泛應用于:
以金屬棒拉伸為例:拉伸時外力做功轉化為彈性應變能儲存在棒内;撤去外力後,能量釋放使金屬棒恢複原長。若超過彈性極限,則會進入塑性變形階段,能量無法完全恢複。
如需進一步了解具體場景下的應變能計算,可參考彈性力學教材或相關工程手冊。
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