Деформацией называют изменение размеров и формы тела под действием приложенных усилий. Деформация может вызываться приложенными внешними силами или различными физико-механическими процессами, возникающими в материалах вследствие температурного градиента или изменения объёма кристаллов при фазовых превращениях.

Напряжение – величина, равная отношению модуля силы упругости к площади поперечного сечения тела:

В СИ единицей напряжения является паскаль (Н/м²).

Закон Гука

где Е — модуль упругости (модуль Юнга для стержней).

ε – относительное удлинение

Модуль Юнга — физическая величина, характеризующая упругие свойства материала, численно равная напряжению, возникающему в образце при относительном удлинении, равном 1 (т.е. когда его длина удвоится).

Деформации, вызываемые нагрузками, могут быть трёх типов:

-упругая деформация - обратимая, исчезающая после снятия нагрузки;

-пластическая деформация - необратимая, остающаяся после снятия нагрузки;

-деформация разрушения - нарушение целостности материла вследствие появления трещин или разделения его на отдельные части

При воздействии внешней растягивающей нагрузки расстояние между атомами увеличивается и равновесное расположение их в кристалле нарушается. Это приводит к нарушению равенства сил притяжения и отталкивания, характерного для равновесного состояния атомов в решетке, и возникновению внутренних сил, стремящихся вернуть атомы в первоначальные положения равновесия. Величину этих сил, рассчитанную на единицу площади поперечного сечения кристалла, называют напряжением.

Модуль упругости Е характеризует жёсткость материала - его сопротивление упругим деформациям. Чем выше модуль упругости, тем меньше упругая деформация при данном напряжении. Значение модуля упругости определяется силами межатомного взаимодействия и является константой материала. Чем больше энергия связи и чем круче кривая атомного взаимодействия, тем выше Е. Большое значение Е наблюдается у тугоплавких материалов и малое значение - у органических материалов молекулярной структуры. Например, модуль упругости для алюминия - 70·10³МПа, для меди – 130·10³МПа, для железа -200·10³МПа. Наиболее жёстким является алмаз (Е = 1200·10³МПа), а наименее жёстким – резина (Е=0,007·10³МПа). Эта характеристика материала является структурно нечувствительной, т.е. термическая обработка или другие способы изменения структуры материала практически не меняют модуль упругости.

При непрерывном увеличении внешней нагрузки непрерывно растут напряжение σ и деформация ε. При некотором напряжении σ_s, характерном для каждого материала, наблюдается или разрушение образца, или нарушение прямой пропорциональности между σ и ε и возникновение остаточной (пластической) деформации ε_ост, не исчезающей после снятия внешней нагрузки. В первом случае материал является хрупким, во втором — пластичным. Напряжение σ_s, при котором начинается заметное течение тела, называется пределом текучести; области OA и AB – соответственно областями упругой и пластической деформации (в области ОА выполняется закон Гука).

Диаграмма напряжение – деформация для твёрдого тела

В хрупких материалах предел упругости совпадает с пределом прочности, поэтому они разрушаются без видимой пластической деформа­ции. В пластичных же металлах предел упругости и текучести, как правило, значительно меньше предела прочности. Поэтому разрушение таких материалов происходит после значительной пластической деформации.