Vad är en skjuvbelastning?

En skjuvbelastning är en kraft som orsakar skjuvspänning när den appliceras på ett strukturellt element.Skjuvspänning, som är en kraft per enhetsområde, förekommer i planet vinkelrätt mot normal stress;Det skapas när två plan av samma objekt försöker glida förbi varandra.Ingenjörer måste beräkna skjuvbelastningen på strukturer för att se till att de inte upplever mekaniskt fel.För hög skjuvbelastning kan orsaka att material ger eller permanent deformeras.

Normala spänningar uppstår när ett material sätts i spänning eller komprimering.I detta fall är båda applicerade krafterna längs samma axel.Om krafterna appliceras längs olika axlar kommer det att vara skjuvspänningar utöver alla normala spänningar.Ett fyrkantigt element i materialet kommer att uppleva krafter som tenderar att skeva det till ett parallellogram.Den genomsnittliga skjuvspänningen i ett material är lika med skjuvbelastningen dividerad med det aktuella tvärsnittsområdet.

Medan skjuvspänning är kraft per enhetsarea, hänvisar skjuvbelastningen i allmänhet endast till själva kraften.Därför är lämpliga föreningar enhetsstyrkan, oftast Newtons eller pundkraft.När en skjuvbelastning appliceras på ett begränsat material är en reaktionskraft ansvarig för att hålla materialet stationärt.Denna reaktionskraft utgör den "andra" kraften som appliceras;I kombination med en reaktionskraft kan en enda kraft ge upphov till skjuvspänningar.

Skjuvbelastningen är viktig för att beräkna spänningarna i en balk.Euler-Bernoulli-strålekvationen relaterar skjuvbelastningen till böjrörelsen genom en balk.Ett böjmoment är det vridande vridmomentet än att en balk avböjer.Den maximala tillåtna skjuvbelastningen på en balk är relaterad till både materialets material och geometri i strålen och mdash; tjockare balkar gjorda av starkare material kan uthärda högre skjuvbelastningar.

När krafter orsakar att inre spänningar blir för höga kommer ett material att ge.Genom att ge permanent förändrar den avslappnade formen och storleken på ett material, vilket inträffar när materialet är fritt från yttre krafter.Ett pappersklipp kan enkelt föras till avkastningspunkten för hand.Att ge inte bara snedvrider geometri för ett material, utan det kan göra material mer mottagliga för sprickor.Att hantera denna risk är av avgörande betydelse för civila och mekaniska ingenjörer.

Att bestämma vilka material som är de starkaste eller har de högsta avkastningspunkterna är lättare att göra genom experiment än genom teoretisk analys.Det är till exempel allmänt kunskap att stål kan tolerera mer interna spänningar än aluminium.Förklaringen till varför detta är fallet är föremål för flera konkurrerande teorier.Vissa av dessa teorier betonar skjuvspänning som grundläggande för att förklara när material kommer att ge.