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Ley de Hooke generalizada

1678
  • Robert Hooke
  • Thomas Young
  • Augustin-Louis Cauchy
Laboratorio del siglo XVII con herramientas para ensayos de tracción y ecuaciones de la ley de Hooke generalizada.

Generalized Hooke’s Law is the ecuación constitutiva for linear elastic materials, stating that the stress tensor is linearly proportional to the strain tensor. The relationship is expressed as [látex]\sigma = C : \varepsilon[/latex], where [latex]\sigma[/latex] is the stress tensor, [latex]\varepsilon[/latex] is the strain tensor, and [latex]C[/latex] is the fourth-order stiffness tensor containing the material’s elastic constants.

While Robert Hooke’s original 1678 law (“ut tensio, sic vis” – as the extension, so the force) described a simple one-dimensional linear relationship, the generalized Hooke’s Law extends this principle to three dimensions. It forms the mathematical foundation of the theory of linear elasticity. The relationship connects the six independent components of the stress tensor to the six independent components of the infinitesimal strain tensor. This is achieved through the stiffness tensor [latex]C_{ijkl}[/latex], a fourth-order tensor containing 81 components in its most general form.

Due to the symmetry of the stress and strain tensors, the number of independent components in the stiffness tensor reduces to 36. Furthermore, assuming the existence of a strain energy density function, the stiffness tensor itself becomes symmetric ([latex]C_{ijkl} = C_{klij}[/latex]), reducing the number of independent elastic constants to 21 for the most general anisotropic material. For materials with higher degrees of symmetry, this number is further reduced. For an isotropic material, which has the same properties in all directions, only two independent elastic constants are needed, such as Young’s Modulus (E) and Poisson’s Ratio (ν). In this common case, the law simplifies significantly, allowing for direct calculation of stresses from strains and vice-versa. This law is only valid within the material’s elastic limit; beyond this point, permanent plastic deformation occurs, and other constitutive models are required.

UNESCO Nomenclature: 2208
- Mecánica

Tipo

Derecho físico

Disrupción

Fundacional

Utilización

Uso generalizado

Precursores

  • Observaciones sobre las propiedades elásticas de los materiales.
  • Desarrollo de los conceptos de estrés y deformación
  • Las leyes del movimiento de Newton

Aplicaciones

  • elemento finito analysis (FEA) software for structural design
  • Diseño de resortes, vigas y otros componentes elásticos
  • Caracterización de materiales mediante ensayos de tracción
  • Sismología para modelar la propagación de ondas elásticas a través de la Tierra

Patentes:

NA

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