Прочность на сдвиг

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

В машиностроении когда прочность на сдвиг – это прочность материала или компонента против текучести или структурного разрушения, материал или компонент разрушается при сдвиге . Сдвиговая нагрузка — это сила , которая стремится вызвать 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. Более высокий модуль упругости при сдвиге увеличивает силу, необходимую для деформации прямоугольника.

Для напряжения сдвига $\tau$ применяется

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

где

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

$\sigma _{3}$ 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 .

Для расчета:

Учитывая общую силу при разрушении (F) и площадь сопротивления силе (например, поперечное сечение болта, нагруженного на сдвиг), предельная прочность на сдвиг ( $\tau$) является:

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

Для среднего напряжения сдвига

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

где

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

$V$ - поперечная сила, приложенная к каждому сечению детали, и

$A$ это площадь сечения.

Среднее напряжение сдвига можно также определить как общую силу $V$ как

$V=\int \tau dA$

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.

Сравнение

В качестве очень приблизительного руководства по пределам прочности на растяжение, текучести и сдвигу:

Материал	Отношения предельной силы	Связь предела текучести
Стали	USS = прибл. 0,75*УТС	SYS = прибл. 0,58*тыс.
Ковкий чугун	USS = прибл. 0,9*УТС	SYS = прибл. 0,75*тыс.
Ковкое железо	USS = прибл. 1,0*УТС
Кованое железо	USS = прибл. 0,83*УТС
Чугун	USS = прибл. 1,3*УТС
Алюминий	USS = прибл. 0,65*УТС	SYS = прибл. 0,55*ТЫС.

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.

Материал	Предельное напряжение ( Кси )	Предельное напряжение ( МПа )
Стекловолокно/эпоксидная смола (23 тот С)	7.82	53.9

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 прочности на сдвиг включают ISO 3597, 12579 и 14130.

См. также

• Модуль сдвига
• Касательное напряжение
• Сдвиговая деформация
• Прочность на сдвиг (почва)
• Прочность на сдвиг (разрыв)
• Прочность материалов
• Предел прочности