Stijfheden

Stijfheden, of stijfheid, is de eigenschap van een materiaal of constructie om vervorming tegen te gaan bij het optreden van een kracht. Een grotere stijfheid gaat gepaard met minder vervorming onder een gegeven belasting. In de mechanica worden verschillende vormen van stijfheid onderscheiden: in eenvoudige systemen is F = kx, waarbij k de stijfheidsconstante van een veer is; op materiaalschaal worden de elasticiteitsmodulus E, de schuifmodulus G en de volumestijfheid K gebruikt om de relatie tussen spanning en rek te beschrijven.

Bij drie dimensies geldt dat spanning en rek met elkaar verbonden worden via de stijfheidsmatrix. Voor isotrope materialen kan men volstaan met E, G en K, terwijl anisotrope materialen vereisen dat men de stijfheid beschrijft met een stijfheidstensor C_ijkl. Deze stijfheid bepaalt hoe een structuur reageert op verschillende belastingtoepassingen en oriëntaties.

Stijfheid is een aparte eigenschap van sterkte: stijfheid geeft weerstand tegen vervorming, terwijl sterkte de maximale belasting aangeeft die een materiaal kan dragen voordat het faalt. Ze zijn gerelateerd maar verschillend en kunnen onder invloed van factoren zoals belastingopbouwsnelheid en temperatuur variëren.

Toepassingen omvatten ontwerp en analyse van constructies, voertuigen en mechanische systemen. Veel gebruikte maatstaven zijn de buig- en torsiestijfheid van onderdelen (bijvoorbeeld EI voor buiging en GJ voor torsie) en de algemene stijfheidsmatrix die krachten en verplaatsingen koppelt.