Lei de Hooke generalizada
1678
- Robert Hooke
- Thomas Young
- Augustin-Louis Cauchy
A Lei de Hooke Generalizada é a equação constitutiva para materiais elásticos lineares, afirmando que o stress o tensor é linearmente proporcional ao strain tensor. A relação é expressa como [latex]sigma = C : varepsilon[/latex], onde [latex]sigma[/latex] é o tensor de tensão, [latex]varepsilon[/latex] é o tensor de deformação e [latex]C[/latex] é o tensor de rigidez de quarta ordem contendo as constantes elásticas do material.
Embora a lei original de Robert Hooke de 1678 ("ut tensio, sic vis" - assim como a extensão, assim a força) descrevesse uma relação linear simples em uma dimensão, a Lei de Hooke generalizada estende esse princípio para três dimensões. Ela forma a base matemática da teoria da elasticidade linear. A relação conecta os seis componentes independentes do tensor de tensão aos seis componentes independentes do tensor de deformação infinitesimal. Isso é obtido por meio do tensor de rigidez [latex]C_{ijkl}[/latex], um tensor de quarta ordem que contém 81 componentes em sua forma mais geral.
Devido à simetria dos tensores de tensão e deformação, o número de componentes independentes no tensor de rigidez reduz-se a 36. Além disso, assumindo a existência de uma função de densidade de energia de deformação, o próprio tensor de rigidez torna-se simétrico (Cijkl = Cklij), reduzindo o número de constantes elásticas independentes para 21 no caso mais geral de materiais anisotrópicos. Para materiais com graus de simetria mais elevados, esse número é ainda mais reduzido. Para um material isotrópico, que possui as mesmas propriedades em todas as direções, são necessárias apenas duas constantes elásticas independentes, como o Módulo de Young (E) e a Razão de Poisson (ν). Nesse caso comum, a lei simplifica-se significativamente, permitindo o cálculo direto das tensões a partir das deformações e vice-versa. Essa lei é válida apenas dentro do limite elástico do material; além desse ponto, ocorre deformação plástica permanente e outros modelos constitutivos são necessários.
UNESCO Nomenclature: 2208
Mecânica
Precursores
- Observações sobre as propriedades elásticas dos materiais
- Desenvolvimento dos conceitos de tensão e deformação
- Leis do movimento de Newton
Aplicações
- finite element analysis (FEA) software for structural design
- projeto de molas, vigas e outros componentes elásticos
- Caracterização de materiais por meio de ensaios de tração
- Sismologia para modelar a propagação de ondas elásticas através da Terra.
Ideias de Inovação Potencial
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Relacionado a: Lei de Hooke, elasticidade linear, equação constitutiva, relação tensão-deformação, tensor de rigidez, módulo de Young, coeficiente de Poisson, material isotrópico.