Прочность на сдвиг

Способность материала или конструкции противостоять разрушению под действием напряжения сдвига

Дорога Мам Тор разрушена просадкой и сдвигом , недалеко от Каслтона , Дербишир .

В машиностроении предел прочности на сдвиг — это прочность материала или компонента против типа текучести или структурного отказа , когда материал или компонент разрушается при сдвиге . Сдвиговая нагрузка — это сила , которая имеет тенденцию вызывать скользящее разрушение материала вдоль плоскости, параллельной направлению силы. Когда бумагу режут ножницами, бумага разрушается при сдвиге.

В структурной и машиностроительной инженерии прочность на сдвиг компонента важна для проектирования размеров и материалов, которые будут использоваться для изготовления или строительства компонента (например, балок , пластин или болтов ). В железобетонной балке основной целью хомутов из арматурного стержня (арматуры) является увеличение прочности на сдвиг.

Уравнения

Сдвиговая сила приложена к верхней части прямоугольника, которая деформирует прямоугольник в параллелограмм. Более высокий модуль упругости сдвига увеличивает силу, необходимую для деформации прямоугольника.

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

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

где

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

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

В общем случае: пластичные материалы (например, алюминий) разрушаются при сдвиге, тогда как хрупкие материалы (например, чугун) разрушаются при растяжении (см.: Прочность на растяжение ) .

Для расчета:

Принимая во внимание общую силу разрушения (F) и площадь сопротивления силе (например, поперечное сечение болта, нагруженного на сдвиг), предел прочности на сдвиг ( ) равен: ${\displaystyle \tau }$

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

Для среднего напряжения сдвига

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

где

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

${\displaystyle V}$это сила сдвига, приложенная к каждой секции детали, и

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

Среднее касательное напряжение также можно определить как суммарную силу ${\displaystyle V}$

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

Это только среднее напряжение, фактическое распределение напряжения неравномерно. В реальных приложениях это уравнение дает только приближение, а максимальное напряжение сдвига будет выше. Напряжение часто неравномерно распределено по детали, поэтому прочность на сдвиг должна быть выше, чтобы учесть оценку. ^[2]

Сравнение

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

USS: Предел прочности на сдвиг, UTS: Предел прочности на растяжение, SYS: Предел текучести при сдвиге, TYS: Предел текучести при растяжении

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

Когда требуются значения, измеренные на основе физических образцов, 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. На международном уровне стандарты испытаний ISO для прочности на сдвиг включают ISO 3597, 12579 и 14130. ^[7]

Смотрите также

• Модуль сдвига
• Напряжение сдвига
• Деформация сдвига
• Прочность на сдвиг (грунт)
• Прочность на сдвиг (разрыв)
• Прочность материалов
• Предел прочности

Ссылки

1. Хиббелер, Рассел (9 ноября 2017 г.). Механика материалов . Pearson Education. ISBN 978-1-292-17828-8. OCLC  1014358513.
2. "Электронная книга по механике: напряжение сдвига и подшипника". www.ecourses.ou.edu . Получено 14.02.2020 .
3. «Прочность металлов на сдвиг». www.roymech.org .
4. "Прочность на сдвиг - Instron". www.instron.us . Архивировано из оригинала 2020-02-14 . Получено 2020-02-14 .
5. Portl; Portl, bolt com; Bolt; Company, Manufacturing; St, Inc 3441 NW Guam; Portl; PT547-6758, OR 97210 USA Часы работы: понедельник-пятница с 6:00 до 17:00 (10 октября 2011 г.). "Расчет текучести и предела прочности на разрыв". Portland Bolt . Получено 14.02.2020 . {{cite web}}: |last4=имеет общее название ( помощь )CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
6. Уотсон, округ Колумбия (май 1982 г.). Механические свойства композита E293/1581 из стекловолокна и эпоксидной смолы и нескольких клеевых систем (PDF) (технический отчет). Военно-воздушные силы Райт-Паттерсон, Огайо: Air Force Wright Aeronautical Laboratories. стр. 16. Архивировано (PDF) из оригинала 24 октября 2018 г. Получено 24 октября 2013 г.
7. С. Гринько, «Объяснение свойств материалов» (2012), ISBN 1-4700-7991-7 , стр. 38.