Deformaatio

Muodonmuutostyypit

Materiaalityypistä, kappaleen koosta ja muodosta sekä käytetyistä voimista riippuen voi syntyä erilaisia muodonmuutoksia.

Elastinen muodonmuutos

Tämäntyyppinen muodonmuutos on palautuva. Kun voimia ei enää käytetä, kappale palaa alkuperäiseen muotoonsa. Nimensä mukaisesti elastisella (kumilla) on melko suuri elastinen muodonmuutosalue. Kestomuoveilla ja metalleilla on kohtalaiset kimmoiset muodonmuutosalueet, kun taas keramiikka, kiteet ja kovat lämpökovettuvat polymeerit eivät muodonmuutu juuri lainkaan. Taivutettavissa materiaaleissa ei tapahdu kimmoista muodonmuutosta.

Metallin väsyminen

Vasta nykyaikana havaittu ilmiö on metallien väsyminen, jota esiintyy pääasiassa sitkeissä metalleissa. Alun perin ajateltiin, että materiaali, joka on deformoitunut vain kimmoisalla alueella, palautuu täysin alkuperäiseen tilaansa, kun voimat poistetaan. Jokaisen muodonmuutoksen yhteydessä syntyy kuitenkin vikoja molekyylitasolla. Useiden muodonmuutosten jälkeen alkaa syntyä halkeamia, joita seuraa pian murtuma, eikä välissä ole havaittavissa plastista muodonmuutosta. Riippuen materiaalista, muodosta ja siitä, kuinka lähellä kimmorajaa se on muodonmuutoksessa, murtuminen voi vaatia tuhansia, miljoonia, miljardeja tai biljoonia muodonmuutoksia.

Metallin väsyminen on ollut merkittävä syy lentokoneiden vikaantumiseen, erityisesti ennen kuin prosessia ymmärrettiin hyvin.

Plastinen muodonmuutos

Tämäntyyppinen muodonmuutos ei ole palautuva. Muovisen muodonmuutoksen alueella olevaan esineeseen on kuitenkin ensin kohdistunut elastinen muodonmuutos, joka on palautuva, joten esine palaa osittain alkuperäiseen muotoonsa. Pehmeillä kestomuoveilla on melko laaja plastinen muodonmuutosalue, samoin kuin sitkeillä metalleilla, kuten kuparilla, hopealla ja kullalla. Teräkselläkin on, mutta ei raudalla. Kovilla lämpökovettuvilla muoveilla, kumilla, kiteillä ja keramiikalla on minimaalinen plastinen muodonmuutosalue. Ehkä materiaali, jolla on suurin plastinen muodonmuutosalue, on märkä purukumi, jota voidaan venyttää kymmeniä kertoja alkuperäiseen pituuteensa nähden.

Murtuma

Tämäntyyppinen muodonmuutos ei myöskään ole palautuva. Murtuma tapahtuu sen jälkeen, kun materiaali on saavuttanut kimmoisan ja sen jälkeen plastisen muodonmuutosalueen lopun. Tässä vaiheessa voimat kasautuvat, kunnes ne riittävät murtuman aiheuttamiseen. Kaikki materiaalit murtuvat lopulta, jos niihin kohdistuu riittävästi voimia.

Väärinkäsityksiä

Suosittu harhaluulo on, että kaikki materiaalit, jotka taipuvat, ovat "heikkoja" ja kaikki ne, jotka eivät taipu, ovat "vahvoja". Todellisuudessa monet materiaalit, jotka kokevat suuria elastisia ja plastisia muodonmuutoksia, kuten teräs, kykenevät ottamaan vastaan jännityksiä, jotka aiheuttaisivat hauraiden materiaalien, kuten lasin, murtumisen, koska niiden elastisten ja plastisten muodonmuutosten vaihteluväli on minimaalinen. Tätä havaintoa kuvaa jopa eräs tarina (jäljempänä parafraasi):

"Mahtava tammi seisoo vahvana ja lujana tuulen edessä, kun taas paju taipuu pienimpäänkin tuulenvireeseen. Voimakkaimmassa myrskyssä tammi kuitenkin murtuu, kun taas paju taipuu ja jää näin henkiin. Kumpi siis lopulta on näistä kahdesta vahvempi ?"