Elasticiteetti

Elasticiteetti tarkoittaa materiaalin kykyä palautua alkuperäiseen muotoonsa ja tilavuuteensa pienien muodonmuutosten jälkeen, kun ulkoiset voimat poistuvat. Se kuvaa sitä, kuinka jännitys ja muodonmuutos ovat palautuvia prosesseja. Elastisuus on tyypillisesti suurin osa kiinteistä aineista, mutta sen tarkka käyttäytyminen riippuu aineesta, lämpötilasta ja kuormituksesta.

Lineaarisessa elastisessä aineessa muodonmuutokset ovat pienet ja jännitys sekä muodonmuutos ovat lineaarisesti yhteydessä toisiinsa. Yleinen käsitys tällöin saavutetaan Hooke’n lailla. Yksinkertaisessa uniaxiaalikappaleessa jännitys σ ja muodonmuutos ε liittyvät toisiinsa σ = E ε, jossa E on Youngin moduli. Kolmiulotteisessa isotrooppisessa aineessa jännitys ja muodonmuutos liittyvät toisiinsa laajemmassa muodossa σ_ij = λ δ_ij ε_kk + 2 μ ε_ij, missä λ ja μ ovat Lame-parametreja (μ tunnettu myös nimellä kimmokerroin tai shear-modulus). Näiden moduleiden kautta voidaan lisäksi määrittää bulk-modulus K, sekä yhteydet E:lle ja Poissonin luvulle ν.

Ilmaisua, jossa muodonmuutokset riippuvat ajasta tai kuormituksen kestosta, kutsutaan viskoelastisuudeksi. Silloin osa energiasta katoaa häviöissä, eikä muodonmuutos palaudu välttämättä täsmälleen ennustetusti. Elastisuus voi olla lineaarista pieniä suhdeluvuja noudattavaa tai epälineaarista suurissa muodonmuutoksissa, jolloin materiaalit voivat olla hyperelastisia tai anisotrooppisia.

Sovelluksissa elastisuutta hyödynnetään laajoissa rakenteissa ja koneissa: rakennusalalla, autoteollisuudessa, jousissa ja tiivisteissä sekä monissa muissa teknisissä ratkaisuissa, joissa muistuttava palautuminen muotoon on olennaisen tärkeää.