Прочность на сдвиг

Способность материала или конструкции сопротивляться разрушению под действием напряжения сдвига.

Дорога Мам Тор , разрушенная в результате оседания и сдвига , недалеко от Каслтона , Дербишир .

В технике прочность на сдвиг – это прочность материала или компонента против текучести или структурного разрушения , когда материал или компонент разрушается при сдвиге . Сдвиговая нагрузка — это сила , которая имеет тенденцию вызывать разрушение материала при скольжении по плоскости, параллельной направлению силы. Когда бумагу разрезают ножницами, бумага разрушается при сдвиге.

В структурном и машиностроении прочность компонента на сдвиг важна для расчета размеров и материалов, которые будут использоваться для изготовления или конструкции компонента (например , балок , пластин или болтов ). В железобетонной балке основным назначением хомутов из арматурных стержней (арматуры) является повышение прочности на сдвиг.

Уравнения

К вершине прямоугольника приложена поперечная сила, которая деформирует прямоугольник в параллелограмм. Наличие более высокого модуля упругости при сдвиге увеличивает силу, необходимую для деформации прямоугольника.

Для напряжения сдвига применяется ${\displaystyle \tau }$

${\displaystyle \tau ={\frac {\sigma _{1}-\sigma _{3}}{2}},}$

где

${\displaystyle \sigma _{1}}$является главным главным напряжением и

${\displaystyle \sigma _{3}}$является малым главным напряжением.

В общем: пластичные материалы (например, алюминий) разрушаются при сдвиге, тогда как хрупкие материалы (например, чугун) разрушаются при растяжении. См. предел прочности .

Вычислять:

Учитывая общую силу при разрушении (F) и площадь сопротивления силе (например, поперечное сечение болта, нагруженного на сдвиг), предел прочности на сдвиг ( ) составляет: ${\displaystyle \tau }$

${\displaystyle \tau ={\frac {F}{A}}={\frac {F}{\pi r_{\text{bolt}}^{2}}}={\frac {4F}{\pi d_{\text{bolt}}^{2}}}}$

Для среднего напряжения сдвига

${\displaystyle \tau _{\text{avg}}={\frac {V}{A}}}$

где

${\displaystyle \tau _{\text{avg}}}$среднее напряжение сдвига,

${\displaystyle V}$- поперечная сила, приложенная к каждому сечению детали, и

${\displaystyle A}$это площадь сечения. ^[1]

Среднее напряжение сдвига также можно определить как общую силу ${\displaystyle V}$

${\displaystyle V=\int \tau dA}$

Это только среднее напряжение, фактическое распределение напряжений неравномерно. В реальных приложениях это уравнение дает лишь приближение, и максимальное напряжение сдвига будет выше. Напряжение не всегда равномерно распределяется по детали, поэтому для учета оценки прочность на сдвиг должна быть выше. ^[2]

Сравнение

В качестве очень приблизительного руководства по прочности на растяжение, текучести и сдвигу: ^[3]

USS: предел прочности на сдвиг, UTS: предел прочности на разрыв, SYS: предел текучести при сдвиге, TYS: предел текучести при растяжении

Не существует опубликованных стандартных значений прочности на сдвиг, таких как предел прочности на растяжение и предел текучести. Вместо этого обычно его оценивают как 60% от предельной прочности на разрыв. Прочность на сдвиг можно измерить с помощью испытания на кручение, где она равна их прочности на скручивание. ^{[4] [5]}

Если требуются значения, измеренные на физических образцах, доступен ряд стандартов испытаний, охватывающих различные категории материалов и условия испытаний. В США стандарты ASTM для измерения прочности на сдвиг включают ASTM B769, B831, D732, D4255, D5379 и D7078. Международные стандарты испытаний ISO на прочность на сдвиг включают ISO 3597, 12579 и 14130. ^[7]

Смотрите также

• Модуль сдвига
• Напряжение сдвига
• Сдвиговая деформация
• Прочность на сдвиг (почва)
• Прочность на сдвиг (разрыв)
• Сопротивление материалов
• Предел прочности

Рекомендации

1. Хиббелер, Рассел (9 ноября 2017 г.). Механика материалов . Пирсон Образование. ISBN 978-1-292-17828-8. ОКЛК  1014358513.
2. "Электронная книга по механике: сдвиговые и опорные напряжения" . www.ecourses.ou.edu . Проверено 14 февраля 2020 г.
3. «Прочность металлов на сдвиг». www.roymech.org .
4. «Прочность на сдвиг - Инстрон». www.instron.us . Архивировано из оригинала 14 февраля 2020 г. Проверено 14 февраля 2020 г.
5. Портл; Портл, болт ком; Болт; Компания, Производство; St, Inc 3441 Северо-запад Гуама; Портл; PT547-6758, OR 97210 США Часы работы: понедельник-пятница с 6:00 до 17:00 (10 октября 2011 г.). «Расчет текучести и прочности на разрыв». Портленд Болт . Проверено 14 февраля 2020 г.{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
6. Уотсон, округ Колумбия (май 1982 г.). Механические свойства стекловолокно-эпоксидного композита E293/1581 и нескольких клеевых систем (PDF) (Технический отчет). ВВС Райт-Паттерсон, Огайо: Авиационные лаборатории Райта ВВС. п. 16. Архивировано (PDF) из оригинала 24 октября 2018 года . Проверено 24 октября 2013 г.
7. С. Гринко, «Объяснение свойств материала» (2012), ISBN 1-4700-7991-7 , стр. 38.