Die zwei Lamé-Konstanten $ \lambda $ und $ \mu $ (nach Gabriel Lamé) sind Materialkonstanten, die im Rahmen der Kontinuumsmechanik alle Komponenten des Elastizitätstensors eines isotropen Materials festlegen. Ihre Dimensionen entsprechen einem Druck (Kraft pro Fläche, in SI-Einheiten $ \mathrm {N} /\mathrm {m} ^{2} $).
In der linearen Elastizitätstheorie wird die lineare Abhängigkeit des Spannungstensors $ \sigma $ vom Verzerrungstensor $ \varepsilon $ durch den Elastizitätstensor $ C $ beschrieben (verallgemeinertes Hookesches Gesetz). Dieser Zusammenhang lautet in Komponentenschreibweise und mit Hilfe der Einsteinschen Summenkonvention:
Dabei sind die Spannungs- und Verzerrungstensoren Tensoren 2. Stufe und der Elastizitätstensor ein Tensor 4. Stufe.
Im Falle eines isotropen Materials lässt sich dies vereinfachen zu:
mit
Für weitere Formeln in Abhängigkeit von den Lamé-Konstanten siehe im Abschnitt.
Im Falle eines isotropen, linear elastischen Materials, d. h. der Spannungstensor hängt linear von den Komponenten des Verzerrungstensors ab, kann man ein skalares Potenzial $ U_{0}(\varepsilon _{ij}) $ definieren, das die Energiedichte des Materials in Abhängigkeit von der Verzerrung angibt und durch die Beziehung
eine Spannungs-Verzerrungs-Relation definiert. Diese Funktion darf nur von Invarianten des Verzerrungstensors abhängen, da die Wahl des Koordinatensystems nicht die Energiedichte des beschriebenen Verzerrungzustandes ändern darf. Der Verzerrungstensor ist symmetrisch, daher hat er folgende Invarianten (in der Schreibweise mit Einsteinscher Summenkonvention)
Um eine lineare Verzerrungs-Spannungs-Relation zu erhalten, darf das Potenzial nur quadratisch von den Komponenten des Verzerrungstensors abhängen. Daher und aufgrund der Koordinateninvarianz des Potenzials muss es die Form
haben, mit beliebigen Konstanten $ C_{1} $ und $ C_{2} $. Setzt man diesen Potenzialansatz in die Spannungs-Verzerrungs-Relation ein und führt einige Umformungen durch[1], so ergibt sich die Beziehung
Mit den Definitionen
nennt man nun $ \lambda $ und $ \mu $ erste und zweite Lamé-Konstante.
In den Navier-Stokes-Gleichungen der Strömungslehre wird
Diese Viskositäten sind jedoch nicht mit den obigen Lamé-Konstanten zu verwechseln, welche Elastizitätsmaße eines Festkörpers repräsentieren.
| …ergibt sich aus:[3] | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Der Modul… | $ (K,\,E) $ | $ (K,\,\lambda ) $ | $ (K,\,G) $ | $ (K,\,\nu ) $ | $ (E,\,\lambda ) $ | $ (E,\,G) $ | $ (E,\,\nu ) $ | $ (\lambda ,\,G) $ | $ (\lambda ,\,\nu ) $ | $ (G,\,\nu ) $ | $ (G,\,M) $ |
| Kompressionsmodul $ K\, $ | $ K $ | $ K $ | $ K $ | $ K $ | $ (E+3\lambda )+{\frac {\sqrt {(E+3\lambda )^{2}-4\lambda E}}{6}} $ | $ {\tfrac {EG}{3(3G-E)}} $ | $ {\tfrac {E}{3(1-2\nu )}} $ | $ \lambda +{\tfrac {2G}{3}} $ | $ {\frac {\lambda (1+\nu )}{3\nu }} $ | $ {\tfrac {2G(1+\nu )}{3(1-2\nu )}} $ | $ M-{\tfrac {4G}{3}} $ |
| Elastizitätsmodul $ E\, $ | $ E $ | $ {\tfrac {9K(K-\lambda )}{3K-\lambda }} $ | $ {\tfrac {9KG}{3K+G}} $ | $ 3K(1-2\nu )\, $ | $ E $ | $ E $ | $ E $ | $ {\tfrac {G(3\lambda +2G)}{\lambda +G}} $ | $ {\frac {\lambda (1+\nu )(1-2\nu )}{\nu }} $ | $ 2G(1+\nu )\, $ | $ {\tfrac {G(3M-4G)}{M-G}} $ |
| 1. Lamé-Konstante $ \lambda \, $ | $ {\tfrac {3K(3K-E)}{9K-E}} $ | $ \lambda $ | $ K-{\tfrac {2G}{3}} $ | $ {\tfrac {3K\nu }{1+\nu }} $ | $ \lambda $ | $ {\tfrac {G(E-2G)}{3G-E}} $ | $ {\tfrac {E\nu }{(1+\nu )(1-2\nu )}} $ | $ \lambda $ | $ \lambda $ | $ {\tfrac {2G\nu }{1-2\nu }} $ | $ M-2G\, $ |
| Schubmodul $ G $ bzw. $ \mu $ (2. Lamé-Konstante) |
$ {\tfrac {3KE}{9K-E}} $ | $ {\tfrac {3(K-\lambda )}{2}} $ | $ G $ | $ {\tfrac {3K(1-2\nu )}{2(1+\nu )}} $ | $ (E-3\lambda )+{\frac {\sqrt {(E-3\lambda )^{2}+8\lambda E}}{4}} $ | $ G $ | $ {\tfrac {E}{2(1+\nu )}} $ | $ G $ | $ {\frac {\lambda (1-2\nu )}{2\nu }} $ | $ G $ | $ G $ |
| Poissonzahl $ \nu \, $ | $ {\tfrac {3K-E}{6K}} $ | $ {\tfrac {\lambda }{3K-\lambda }} $ | $ {\tfrac {3K-2G}{2(3K+G)}} $ | $ \nu $ | $ -(E+\lambda )+{\frac {\sqrt {(E+\lambda )^{2}+8\lambda ^{2}}}{4\lambda }} $ | $ {\tfrac {E}{2G}}-1 $ | $ \nu $ | $ {\tfrac {\lambda }{2(\lambda +G)}} $ | $ \nu $ | $ \nu $ | $ {\tfrac {M-2G}{2M-2G}} $ |
| Longitudinalmodul $ M\, $ | $ {\tfrac {3K(3K+E)}{9K-E}} $ | $ 3K-2\lambda \, $ | $ K+{\tfrac {4G}{3}} $ | $ {\tfrac {3K(1-\nu )}{1+\nu }} $ | $ {\tfrac {G(4G-E)}{3G-E}} $ | $ {\tfrac {E(1-\nu )}{(1+\nu )(1-2\nu )}} $ | $ \lambda +2G\, $ | $ {\tfrac {2G(1-\nu )}{1-2\nu }} $ | $ M $ | ||
