deformaatiot

Deformaatiot ovat aineen muodon, tilavuuden tai mittasuhteiden muutoksia, jotka johtuvat ulkoisista voimista tai sisäisistä tasapainotilan muutoksista. Ne esiintyvät laajasti teknisessä ja luonnontieteissä: mekaniikassa, geologiassa, biologiassa sekä materiaalitutkimuksessa. Deformaation avulla voidaan kuvata, miten kappaleet vastaavat kuormitukseen, lämpötilan muutoksiin tai pitkäaikaisiin rasituksiin.

Deformaatio voidaan luokitella elastiikaksi ja plastiseksi sekä lisäksi viskoelastiseksi; elastiikassa muodonmuutos on palautuvaa, plastisessa tapauksessa pysyvästi muuttunutta. Pienet deformaatiot voidaan kuvata lineaarisella elastisellä mallilla (Hooke'n laki), kun suuret tai ei-lineaariset muodonmuutokset vaativat ei-lineaarista tai viskoelastista mallintamista. Deformaatio voi olla nopeasti tapahtuvaa sekä ajallisesti riippuvaa.

Rakenteiden suunnittelussa ja materiaalitutkimuksessa deformaatiot paljastavat, miten materiaalit kestävät kuormituksia, ja ne liittyvät mikrorakenteen ilmiöihin kuten dislokaatiot metallissa sekä plastisen deformoinnin mekanismeihin, jotka vaikuttavat lujuuteen ja kestävyyteen. Geologiassa maankuoren deformaatiot ilmenevät rakenteina kuten murtumina ja kaltevuuksina sekä kerrostumien muodonmuutoksina; ne voivat olla nopeita maanjäristyksiä tai pitkäaikaisia, hitaampia prosesseja. Biologisesti muodonmuutos on keskeinen ilmiö kasvuissa ja morfogeneesissä.

Deformaation kuvaamiseen käytetään kinematiikkaa ja mekaniikkaa. Muodonmuutoksen gradientti ja siihen liittyvät mittarit auttavat kuvaamaan tilamuutosta. Pienissä deformaatiotapauksissa voidaan soveltaa lineaarista elastista mallia ja Hooke'n lakia; suuret ja ajallisesti muuttuvat deformaatiot edellyttävät ei-lineaarisia tai viskoelastisia malleja. Nykyisin laajasti käytetään finiittielementtianalyysiä (FEM) sekä kokeellisia menetelmiä kuormituksen ja muodon mittaamiseen.