- Quando la forza si trasmette da un corpo all'altro, il corpo sperimenta forze parallele alla superficie, che producono questo tipo di forze fili di taglios.
- È fondamentale conoscere le sollecitazioni di taglio che agiscono sul materiale durante la progettazione del prodotto. Il cedimento per taglio è il guasto più comune che si verifica a causa di una considerazione inappropriata delle forze di taglio.
Definizione dello sforzo di taglio
- Quando la forza applicata è parallela / tangenziale all'area della superficie di applicazione, la sollecitazione prodotta è nota come sollecitazione di taglio.
- Qui l'applicazione della forza è tangenziale alla superficie di applicazione.
- Un componente del tensore delle sollecitazioni nella direzione parallela all'area di applicazione.
- Lo stress da taglio si verifica anche nel carico assiale, flessione, ecc.
Formula di sollecitazione di taglio
Sforzo di taglio = Forza imposta parallelamente all'area / Area della sezione trasversale
Che cosa sono le unità di sollecitazione di taglio?
L'unità di sforzo di taglio è N / m2 o Pa.
Nelle industrie, l'unità utilizzata per misurare lo sforzo di taglio è N / mm2 o MPa (Mega Pascal)
Simbolo dello sforzo di taglio | Shear Stress tau
Il simbolo utilizzato per rappresentare lo sforzo di taglio è τ (Tau). È anche rappresentato da T.
Diagramma delle sollecitazioni di taglio
Notazione delle sollecitazioni di taglio
- Il simbolo τ viene utilizzato per rappresentare lo sforzo di taglio.
- Per mostrare la forza applicata e la direzione dell'area di applicazione, vengono utilizzati pedici con il simbolo τ come τij.
- Dove i rappresenta la direzione del piano della superficie su cui viene applicato (perpendicolare alla superficie) e j rappresenta la direzione della forza applicata.
- Quindi, τij= Sforzo di taglio che agisce sulla superficie i in direzione j.
τji= Sforzo di taglio che agisce sulla superficie j in direzione i.
- Possiamo scriverlo come:
Direzione dello sforzo di taglio
In 2 dimensioni:
- Nella forma vettoriale, lo sforzo di taglio è il rapporto di una componente parallela della forza applicata al vettore normale unitario dell'area.
τ = F‖ / UN
In 3 dimensioni:
- Nella denominazione xy, che è nella forma pedice (convenzione pedice), l'indice x rappresenta la direzione di un vettore perpendicolare all'area di applicazione e y rappresenta la direzione della forza applicata.
- Nella figura seguente, è rappresentato per tutti e tre gli assi.
Qualsiasi sforzo di taglio può essere rappresentato come segue:
Convenzione sui segni di sollecitazione di taglio
Quando la sollecitazione di taglio viene applicata su una superficie lungo l'asse principale, l'asse perpendicolare adiacente subisce la stessa quantità di sollecitazione di taglio nella direzione opposta nota come sollecitazione di taglio complementare come mostrato nella figura:
- Lo sforzo di taglio è positivo se la forza di taglio applicata lungo l'asse x è nella giusta direzione o in senso orario.
Allo stesso modo, lo sforzo di taglio è positivo se la forza di taglio applicata lungo l'asse y è in una direzione verso l'alto o è in senso antiorario.
- Lo sforzo di taglio è negativo se la forza di taglio applicata lungo l'asse x è nella direzione sinistra o in senso antiorario.
Allo stesso modo, lo sforzo di taglio è negativo se la forza di taglio applicata lungo l'asse y è in una direzione verso il basso o è in senso orario.
- Le mezze punte di freccia vengono utilizzate per rappresentare lo sforzo di taglio.
Deformazione di taglio
- Quando lo sforzo di taglio viene applicato su una superficie, si produce una deformazione nel materiale. Quindi, il rapporto tra la deformazione e la lunghezza originale perpendicolare agli assi del membro è noto come sforzo di taglio. È indicato con γ.
- È anche definita come la tangente dell'angolo di deformazione ө.
- Deformazione al taglio = del l / h = tangente (Ө)
Shear Stress e Shear Strain
- Si noti che la deformazione di taglio dipende dalla sollecitazione di taglio. La relazione è espressa come
Modulo di rigidità | Modulo di sollecitazione a taglio | Modulo di rigidità a taglio
- La costante di proporzionalità G è nota come Modulo di rigidità o Modulo di sollecitazione a taglio o Modulo di rigidità a taglio.
- Così,
Modulo di rigidità = sforzo di taglio / deformazione di taglio
- Nella maggior parte dei metalli, G è circa 0.4 volte il modulo di elasticità di Young.
Per i materiali isotropi, il Modulo di Rigidità e il Modulo di Elasticità sono correlati tra loro secondo
Y = 2 * G * (1+ ʋ)
Dove, Y = Modulo di elasticità
G = Modulo di rigidità
Resistenza al taglio
- La resistenza al taglio è il valore massimo della sollecitazione di taglio che può resistere al cedimento dovuto alla sollecitazione di taglio.
- È un parametro significativo durante la progettazione e la produzione di macchine.
- Esempio: durante la progettazione di bulloni e rivetti, è indispensabile conoscere la resistenza al taglio del materiale.
Sforzo di taglio vs stress normale
| Sforzo di taglio | Stress normale | |
| 1. | La forza applicata è parallela alla superficie su cui viene applicata | La forza applicata è perpendicolare alla superficie su cui viene applicata. |
| 2. | Il vettore della forza e il vettore dell'area sono perpendicolari tra loro | Il vettore della forza e il vettore dell'area sono paralleli tra loro. |
Sforzo di taglio dalla coppia | Sforzo di taglio dovuto alla torsione
- La coppia è una forma di forza rotazionale che fa ruotare l'oggetto attorno a un asse. Quando questa coppia viene applicata su un corpo deformabile, genera uno sforzo di taglio in quel corpo, facendo ruotare il corpo attorno a un asse, noto come torsione.
- Questo tipo di stress è significativo negli alberi. Le sollecitazioni o le deformazioni indotte nell'albero a causa di questa torsione sono tipi di sollecitazioni di taglio.
- La deformazione di taglio prodotta nel seguente albero di raggio r è rappresentata come segue:
γ = rdө / dz
Pertanto, lo sforzo di taglio prodotto è rappresentato da
Fluido da sforzo di taglio
- Lo stress di taglio prodotto in qualsiasi materiale è dovuto al movimento relativo dei piani l'uno sull'altro.
- Quando si tratta di fluido, lo stress di taglio viene prodotto nei fluidi a causa del movimento relativo degli strati di fluido l'uno sull'altro. È la viscosità che causa lo stress da taglio nel fluido.
- A causa della sollecitazione di taglio, il fluido non può essere tenuto in un punto.
- Pertanto, la sollecitazione di taglio prodotta nel fluido è uguale a
Dove μ = viscosità dinamica
u = velocità di flusso
y = Altezza sopra il confine
- Questa equazione è anche nota come legge della viscosità di Newton.
Per saperne di più, leggi Deformazione di taglio e tutti i fatti importanti
Velocità di taglio
- La velocità di taglio è la velocità con cui uno strato di fluido passa su un altro strato di fluido adiacente; questo può scoprirlo utilizzando sia la geometria che la velocità del flusso.
- La viscosità del fluido dipende principalmente dalla velocità di taglio del fluido.
- Questo parametro è molto importante durante la progettazione di prodotti fluidi come sciroppi, creme solari, lozioni per il corpo, ecc.
Sforzo di taglio vs velocità di taglio
- La velocità di taglio è definita come la velocità di variazione della velocità degli strati di fluido l'uno sull'altro. Per tutti i fluidi newtoniani, la viscosità rimane costante quando c'è una variazione della velocità di taglio e la sollecitazione di taglio è direttamente proporzionale alla velocità di taglio.
- Di seguito è riportata una rappresentazione grafica dello sforzo di taglio rispetto al taglio per un diverso tipo di fluido:
Sollecitazione di taglio nelle travi
- Se un trave a sbalzo di diametro d è attorcigliato sulla sua estremità libera, se viene applicata una torsione di grandezza T sulla sua estremità libera, allora lo sforzo di taglio prodotto nella trave.
- Questo sforzo di taglio è rappresentato come segue
Sforzo di taglio dovuto alla flessione
- Per un caso ideale, lo stress di taglio non si produce a causa della flessione, ma in condizioni reali, lo stress di taglio si verifica nelle condizioni di flessione.
- Una variante momento flettente lungo la lunghezza della trave provoca il movimento di un piano su un altro perché lo sforzo di taglio viene prodotto nelle travi.
Per saperne di più, leggi Modulo di taglio e Modulo di rigidità
Sforzo di taglio nei bulloni
- I bulloni vengono utilizzati principalmente per fissare due diversi corpi di assemblaggio come giunti, due diverse lamiere, due diversi tubi di un assieme, ecc.
- Il bullone subisce un carico di taglio o forza di taglio a causa della presenza di due diversi carichi che agiscono nelle diverse direzioni, questo fa sì che un piano del bullone scivoli su un altro piano del bullone.
- ; Ciò causa la rottura per taglio in giunti come la coppiglia, l'articolazione dell'articolazione, ecc. Quindi, mentre si seleziona il materiale per diversi meccanismi, è essenziale conoscere la sua sollecitazione di taglio.
- La doppia sollecitazione di taglio viene calcolata in bulloni.
Acciaio da sforzo di taglio
- L'acciaio è uno dei metalli più applicabili in tutti i tipi di industrie. Dalle costruzioni alle macchine, l'acciaio è utilizzato ovunque. Pertanto il valore massimo della sollecitazione di taglio dell'acciaio è un parametro significativo durante la progettazione.
- Viene determinato utilizzando la massima resistenza alla trazione dell'acciaio. Von Miss fattore viene utilizzato per determinare la massima sollecitazione di taglio. Afferma che lo sforzo di taglio massimo è 0.577 volte la resistenza alla trazione finale.
- In molti casi, è considerato pari a 0.5 volte la resistenza alla trazione finale dell'acciaio.
Per saperne di più, leggi Come calcolare la deformazione di taglio
Problemi di stress da taglio
Domande soggettive
Cos'è lo stress da taglio?
Risposta: Quando la forza applicata è parallela alla superficie / area di applicazione, la sollecitazione prodotta è nota come sollecitazione di taglio. Lo sforzo di taglio è un componente del tensore di sollecitazione nella direzione parallela all'area di applicazione.
Cos'è lo sforzo di taglio complementare?
Risposta: Quando la sollecitazione di taglio viene applicata su una superficie lungo l'asse principale, l'asse perpendicolare adiacente subisce la stessa quantità di sollecitazione di taglio nella direzione opposta nota come sollecitazione di taglio complementare
Quali sono le convenzioni sui segni per lo sforzo di taglio? | Come decidere il segno dello sforzo di taglio?
Risposta: Lo sforzo di taglio è positivo se la forza di taglio applicata lungo l'asse x è nella giusta direzione o in senso orario.
Allo stesso modo, lo sforzo di taglio è positivo se la forza di taglio applicata lungo l'asse y è in una direzione verso l'alto o è in senso antiorario.
Lo sforzo di taglio è negativo se la forza di taglio applicata lungo l'asse x è nella direzione sinistra o in senso antiorario.
Allo stesso modo, lo sforzo di taglio è negativo se la forza di taglio applicata lungo l'asse y è in una direzione verso il basso o è in senso orario.
Qual è il segno dello sforzo di taglio?
Il simbolo τ viene utilizzato per rappresentare lo sforzo di taglio. Per specificare le direzioni della forza applicata e la direzione dell'area di applicazione, vengono utilizzati pedici con il simbolo τ come τij.
Quali sono gli esempi di taglio?
Quando un pezzo di carta viene tagliato con la forbice.
Un bullone e un dado fissati saldamente con piastre.
Strofinando il palmo l'uno sull'altro
Qualsiasi attrito porta alla produzione di taglio.
Qual è un esempio di sforzo di taglio?
Dipingere le pareti usando il colore.
Masticare cibo sotto i denti.
Nelle articolazioni della coppiglia e dell'articolazione, la coppiglia e l'articolazione subiscono uno stress da taglio.
Come risolvete lo stress da taglio?
Sforzo di taglio = Forza imposta parallelamente all'area / Area della sezione trasversale
Cosa causa lo stress da taglio?
Quando la forza si trasmette da un corpo all'altro, le forze parallele alla superficie vengono sperimentate dal corpo, questo tipo di forze producono uno sforzo di taglio.
Qual è la differenza tra sforzo di taglio e forza di taglio?
La forza di taglio è la forza applicata parallelamente o tangenziale alla superficie del piano, mentre la sollecitazione di taglio è la forza di taglio subita dalla superficie del piano per unità di area.
Qual è la differenza tra sforzo di taglio e velocità di taglio?
Quando la forza applicata è parallela alla superficie di applicazione, la sollecitazione prodotta è nota come sollecitazione di taglio mentre la velocità di taglio è la velocità con cui uno strato di fluido passa su un altro strato di fluido adiacente.
Cos'è una forza di taglio positiva?
Lo sforzo di taglio è positivo se la forza di taglio applicata lungo l'asse x è nella giusta direzione o in senso orario. Allo stesso modo, lo sforzo di taglio è positivo se la forza di taglio applicata lungo l'asse y è in una direzione verso l'alto o è in senso antiorario.
Qual è lo sforzo di taglio medio?
Lo sforzo di taglio effettivo non è mai uniforme; è diverso per la diversa area della sezione trasversale dell'unità. Quindi, per calcolare questo sforzo di taglio, lo sforzo di taglio considerato è lo sforzo di taglio medio.
Lo sforzo di taglio medio è sempre minore dello sforzo di taglio massimo per la data area della sezione trasversale.
Cos'è lo Shear Strain?
Quando lo sforzo di taglio viene applicato su una superficie, si produce una deformazione nel materiale. Quindi, il rapporto tra la deformazione e la lunghezza originale perpendicolare agli assi del membro è noto come deformazione di taglio. È indicato con γ.
La deformazione di taglio è in radiante?
No. La deformazione di taglio è il valore tangente di del leh, che è una quantità senza unità.
Domande oggettive:
Un blocco di un materiale con un modulo di rigidità a taglio G = 90 KPa è fissato a due piastre orizzontali rigide. La piastra inferiore è fissa, mentre la piastra superiore è sottoposta ad una forza orizzontale P. sapendo che la piastra superiore si muove di 0.04 cm sotto l'azione della forza se l'altezza del blocco è di 2 cm, determinare lo sforzo di taglio medio nel materiale.
- 0.04 rad
- 0.02 rad
- 0.01 rad
- 0.08 rad
Soluzione: opzione 2. È la risposta.
Un blocco di un materiale con un modulo di rigidità a taglio G = 90 KPa è fissato a due piastre orizzontali rigide. La piastra inferiore è fissa, mentre la piastra superiore è sottoposta ad una forza orizzontale P. sapendo che la piastra superiore si muove di 0.04 cm sotto l'azione della forza se l'altezza del blocco è di 2 cm, trova la forza P esercitata sulla piastra superiore.
- 180
- 360
- 720
- 90
Soluzione: l'opzione 1. è la risposta.
Trova il valore delle sollecitazioni di taglio sviluppate nel perno A per il meccanismo di manovella mostrato in figura? Trovare il diametro sicuro del perno se le sollecitazioni di taglio ammissibili per il materiale del perno sono 180 MPa.
- 3mm
- 4mm
- 4.5mm
- 5mm
Soluzione: la risposta è l'opzione 4.
Le sollecitazioni sviluppate nel perno sono le sollecitazioni di taglio e le sollecitazioni sui cuscinetti.
Forza in B = 5 * 0.1 / 0.15 = 3.33KN
Considerando il doppio taglio in A
Il diametro sicuro del perno è più significativo di 4.6 mm.
Quale delle seguenti ipotesi di base non viene considerata durante la derivazione dell'equazione di torsione per un elemento circolare?
- Il materiale deve essere omogeneo e isotropo.
- Un piano perpendicolare all'asse rimane piano anche dopo l'applicazione della coppia.
- La deformazione di taglio varia linearmente dall'asse centrale in un elemento circolare quando sottoposto a una coppia.
- Il materiale non obbedisce alla legge di Hooke
Soluzione: opzione 4.
CONCLUSIONE
In questo articolo vengono discussi in dettaglio tutti i concetti relativi allo sforzo di taglio. È molto importante conoscere lo stress di taglio durante la progettazione di qualsiasi prodotto.
Per saperne di più sull'ingegneria meccanica clicca qui!
Il TechieScience Core SME Team è un gruppo di esperti in materia provenienti da diversi settori scientifici e tecnici tra cui fisica, chimica, tecnologia, elettronica ed ingegneria elettrica, automobilistica, ingegneria meccanica. Il nostro team collabora per creare articoli di alta qualità e ben documentati su un'ampia gamma di argomenti scientifici e tecnologici per il sito Web TechieScience.com.
Tutte le nostre PMI senior hanno più di 7 anni di esperienza nei rispettivi campi. Sono professionisti del settore lavorativo o associati a diverse università. Fare riferimento I nostri autori Pagina per conoscere le nostre PMI principali.
