Co je to smykové napětí? | Jeho všechny důležité koncepty

  • Když se síla přenáší z jednoho těla do druhého, tělo zažívá síly rovnoběžné s povrchem, které tento druh sil vytváří smykový stress.
  • Při navrhování výrobku je důležité vědět o smykových napětích působících na materiál. Selhání ve smyku je nejčastější selhání, ke kterému dochází v důsledku nevhodného zohlednění smykových sil.

Definice smykového napětí

  • Když je aplikovaná síla rovnoběžná / tangenciální k povrchové ploše aplikace, pak vzniklé napětí je známé jako smykové napětí.
  • Zde je působení síly tangenciální k povrchu aplikace.
  •  Složka tenzoru napětí ve směru rovnoběžném s oblastí aplikace.
  • Smykové napětí se vyskytuje také při axiálním zatížení, ohybu atd.

Vzorec smykového napětí

 Smykové napětí = síla působící rovnoběžně s plochou / plochou průřezu

ezgif 4 85c0bc9cff

Co jsou jednotky smykového napětí?

Jednotka smykového napětí je N / m2 nebo Pa.

V průmyslových odvětvích je jednotkou používanou k měření smykového napětí N / mm2 nebo MPa (Mega Pascal)

Symbol smykového napětí | Shear Stress tau

Symbol používaný ke znázornění smykového napětí je τ (Tau). Zastupuje ji také T.

Diagram smykového napětí

Diagram smykového napětí
Diagram smykového napětí

Notace smykového napětí

  • Symbol τ se používá k vyjádření smykového napětí.
  • K zobrazení aplikované síly a směru oblasti aplikace se používají indexy se symbolem τ jako τij.
  • Kde i představuje směr povrchové roviny, na kterou se aplikuje (kolmo k povrchu), a j představuje směr aplikované síly.
  • Tedy τij= Smykové napětí působící na i-plochu ve směru j.

          τji= Smykové napětí působící na povrch j ve směru i.

  • Můžeme to napsat jako:
ezgif 4 237490c9d9

Směr smykového napětí

Ve 2 rozměrech:

2 1
Směr smykového napětí
  • Ve vektorové formě je smykové napětí poměrem paralelní složky síly aplikované na jednotkový normální vektor plochy.

                  τ = F / TO

Ve 3 rozměrech:

  • Při pojmenování xy, které je ve formě dolního indexu (konvence dolního indexu), index x představuje směr vektoru kolmého na oblast aplikace a y představuje směr aplikované síly.
  • Na následujícím obrázku je znázorněn pro všechny tři osy.
Smykové směry napětí
Směr smykového napětí

Jakékoli smykové napětí lze vyjádřit následovně:           

ezgif 4 ba9ebff8fa

Úmluva o znamení smykového stresu

Když je smykové napětí aplikováno na povrch podél hlavní osy, sousední kolmá osa zažívá stejnou velikost smykového napětí v opačném směru známém jako doplňkové smykové napětí, jak je znázorněno na obrázku:

Doplňkové smykové napětí
Bezplatné smykové napětí
  • Smykové napětí je kladné, pokud je smyková síla aplikovaná podél osy x ve správném směru nebo ve směru hodinových ručiček.

Podobně je smykové napětí kladné, pokud je smyková síla aplikovaná podél osy y ve směru nahoru nebo je proti směru hodinových ručiček.

  • Smykové napětí je záporné, pokud je smyková síla aplikovaná podél osy x ve směru vlevo nebo proti směru hodinových ručiček.

Podobně je smykové napětí záporné, pokud je smyková síla aplikovaná podél osy y ve směru dolů nebo ve směru hodinových ručiček.

  • Poloviční hroty šipek se používají ke znázornění smykového napětí.
Úmluva o znamení smykového stresu
Úmluva o znamení smykového stresu

Smykové napětí

  • Když se na povrch aplikuje smykové napětí, vytvoří se v materiálu deformace. Poměr deformace k původní délce kolmé k osám prvku je tedy známý jako střihové napětí. Označuje se γ.
  • Je také definována jako tečna úhlu přetvoření ө.
  • Smykové napětí = del l / h = tangenta (Ө)
Smykové napětí
Smykové napětí
ezgif 4 ba9ebff8fa 1

Smykové napětí a smykové napětí

  • Je třeba poznamenat, že smykové napětí závisí na smykovém napětí. Vztah je vyjádřen jako
ezgif 4 93f4cad4cc

Modul tuhosti | Modul smykového napětí | Modul pevnosti ve smyku

  • Konstanta proporcionality G se nazývá Modul tuhosti nebo Modul smykového napětí nebo Modul smykové tuhosti.
  • Tak,

     Modul tuhosti = smykové napětí / smykové napětí

ezgif 4 b4bd1d61f4
  • Ve většině kovů je G asi 0.4násobkem Youngova modulu pružnosti.

U izotropních materiálů souvisí Modul tuhosti a Modul pružnosti podle

      Y = 2 * G * (1+ ʋ)

Kde, Y = modul pružnosti

             G = modul tuhosti

             ʋ= Poissonův poměr

Smyková síla

  • Pevnost ve smyku je maximální hodnota smykového napětí, která odolá selhání způsobenému smykem.
  • Jedná se o významný parametr při navrhování a výrobě strojů.
  • Příklad: Při navrhování šroubů a nýtů je nezbytné vědět o smykové pevnosti materiálu.

Smykové napětí vs. normální napětí

 Smykové napětíNormální stres
1.Použitá síla je rovnoběžná s povrchem, na který působíPoužitá síla je kolmá na povrch, na který působí.
2.Vektor síly a vektor plochy jsou navzájem kolméVektor síly a vektor plochy jsou navzájem rovnoběžné.

 Smykové napětí od momentu | Smykové napětí v důsledku kroucení

  • Točivý moment je rotační forma síly, díky níž se objekt otáčí kolem osy. Když je tento krouticí moment aplikován na deformovatelné těleso, generuje v tomto tělese smykové napětí, čímž se tělo otočí kolem osy, známé jako kroucení.
  • Tento typ napětí je u hřídelů významný. Napětí nebo deformace vyvolané v hřídeli v důsledku této torze jsou smyková napětí.
  • Smykové napětí vznikající v následující hřídeli o poloměru r je znázorněno takto:

γ = rdө / dz

Smykové napětí v důsledku točivého momentu
Smykové napětí v důsledku točivého momentu

Produkované smykové napětí je tedy reprezentováno symbolem

ezgif 4 8bc39f719b

Smyková stresová tekutina

  • Smykové napětí produkované v jakémkoli materiálu je způsobeno relativním pohybem rovin po sobě.
  • Pokud jde o tekutinu, vzniká v tekutinách smykové napětí v důsledku relativního pohybu vrstev tekutiny po sobě. Je to viskozita, která způsobuje smykové napětí v kapalině.
  • Kvůli smykovému napětí nemůže být kapalina držena na jednom místě.
  • Smykové napětí produkované v tekutině se tedy rovná  
ezgif 4 8b515205cb

Kde μ = dynamická viskozita

             u = Rychlost proudění

             y = výška nad hranicí

  • Tato rovnice je také známá jako Newtonův zákon viskozity.

Přečtěte si více o Shear Strain a všechna důležitá fakta

Smyková rychlost

  • Rychlost smyku je rychlost, při které jedna vrstva tekutiny prochází další sousední vrstvou tekutiny; to lze zjistit jak pomocí geometrie, tak rychlosti toku.
  • Viskozita kapaliny závisí hlavně na smykové rychlosti kapaliny.
  • Tento parametr je velmi důležitý při navrhování tekutých produktů, jako jsou sirupy, krémy na opalování, tělové mléko atd.

Smykové napětí vs. smyková rychlost

  • Rychlost smyku je definována jako rychlost změny rychlosti vrstev tekutiny na sobě. U všech newtonovských tekutin zůstává viskozita konstantní, když dojde ke změně smykové rychlosti, a smykové napětí je přímo úměrné smykové rychlosti. 
  • Následuje grafické znázornění smykového napětí vs. smyku pro jiný typ kapaliny:
Smykové napětí vs. smyková rychlost
Smykové napětí vs smyková rychlost pro newtonovské tekutiny

Smykové napětí v nosnících

  • Pokud konzolový nosník o průměru d je zkroucený na svém volném konci, pokud je na jeho volném konci aplikováno kroucení o velikosti T, pak smykové napětí vytvořené v nosníku.
  • Toto smykové napětí je znázorněno následovně  
ezgif 4 346eadbff4
Smykové napětí v nosnících
Smykové napětí v nosníky

Smykové napětí v důsledku ohybu

  • V ideálním případě smykové napětí nevzniká v důsledku ohybu, ale ve skutečném stavu se smykové napětí vyskytuje v ohybových podmínkách.
  • A různé ohybový moment podél délky nosníku způsobuje pohyb jedné roviny na druhé, protože v nosníku vzniká smykové napětí.

Přečtěte si více o Modul smyku a modul tuhosti

Smykové napětí ve šroubech

  • Šrouby se používají hlavně k upevnění dvou různých těles sestavy, jako jsou spoje, dva různé plechy, dvě různé trubky sestavy atd.
  • Šroub je vystaven smykovému zatížení nebo smykové síle v důsledku přítomnosti dvou různých zatížení působících v různých směrech, což způsobí, že jedna rovina šroubu sklouzne na jinou rovinu šroubu.
  • ; To způsobuje smykové selhání v kloubech, jako je závlačkový kloub, kloubový spoj atd., Takže při výběru materiálu pro různé mechanismy je nezbytné znát jeho smykové napětí.
  • Dvojité smykové napětí se počítá ve šroubech.
Smykové napětí ve šroubech
Smykové napětí ve šroubech

Smyková napěťová ocel

  • Ocel je jedním z nejvíce použitelných kovů ve všech typech průmyslových odvětví. Od konstrukcí po stroje se ocel používá všude. Proto je maximální hodnota smykového napětí oceli významným parametrem při navrhování.
  • Určuje se pomocí mezní pevnosti oceli v tahu. Von Misses faktor se používá k určení maximálního smykového napětí. Uvádí, že maximální smykové napětí je 0.577násobek mezní pevnosti v tahu.
  • V mnoha případech se to považuje za 0.5násobek mezní pevnosti v tahu oceli. 

Přečtěte si více o Jak vypočítat smykové napětí

Problémy ve smyku

Subjektivní otázky

Co je to smykové napětí?

  Odpověď: Když je aplikovaná síla rovnoběžná s povrchem / oblastí aplikace, pak vznikající napětí je známé jako smykové napětí. Smykové napětí je součástí tenzoru napětí ve směru rovnoběžném s oblastí aplikace.

Co je doplňkové smykové napětí?

Odpověď: Když je smykové napětí aplikováno na povrch podél hlavní osy, sousední kolmá osa zažívá stejnou velikost smykového napětí v opačném směru známém jako komplementární smykové napětí

Jaké jsou znaménkové konvence pro smykové napětí? | Jak se rozhodnout pro znamení smykového napětí?

Odpověď: Smykové napětí je kladné, pokud je smyková síla aplikovaná podél osy x ve správném směru nebo ve směru hodinových ručiček.

Podobně je smykové napětí kladné, pokud je smyková síla aplikovaná podél osy y ve směru nahoru nebo je proti směru hodinových ručiček.

Smykové napětí je záporné, pokud je smyková síla aplikovaná podél osy x ve směru vlevo nebo proti směru hodinových ručiček.

Podobně je smykové napětí záporné, pokud je smyková síla aplikovaná podél osy y ve směru dolů nebo ve směru hodinových ručiček.

Co je znamením pro smykové napětí?

Symbol τ se používá k vyjádření smykového napětí. K určení směru aplikované síly a směru oblasti aplikace se používají indexy se symbolem τ jako τij.

Jaké jsou příklady smyku?

Když se nůžkou odstřihne kousek papíru.

Šroub a matice pevně upevněné deskami.

Třením dlaně o sebe

Jakékoli tření vede k produkci smyku.

Jaký je příklad smykového napětí?

Malba stěn pomocí barvy.

Žvýkání jídla pod zuby.

V klínových kloubech a kloubech kloubů dochází v klecích a kloubech ke smykovému namáhání.

Jak řešíte smykové napětí?

Smykové napětí = síla působící rovnoběžně s oblastí / plochou průřezu

ezgif 4 85c0bc9cff 1

Co způsobuje smykové napětí?

Když se síla přenáší z jednoho těla do druhého, tělo zažívá síly rovnoběžné s povrchem, takové síly vytvářejí smykové napětí.

Jaký je rozdíl mezi smykovým napětím a smykovou silou?

Smyková síla je síla aplikovaná rovnoběžně nebo tangenciálně k povrchu letadla, zatímco smykové napětí je smyková síla, kterou zažívá povrch letadla na jednotku plochy.

Jaký je rozdíl mezi smykovým napětím a smykovou rychlostí?

Když je aplikovaná síla rovnoběžná s povrchovou oblastí aplikace, pak je produkované napětí známé jako smykové napětí, zatímco smyková rychlost je rychlost, při které jedna vrstva tekutiny prochází na další sousední vrstvu tekutiny.   

Co je to pozitivní smyková síla?

Smykové napětí je kladné, pokud je smyková síla aplikovaná podél osy x ve správném směru nebo ve směru hodinových ručiček. Podobně je smykové napětí kladné, pokud je smyková síla aplikovaná podél osy y ve směru nahoru nebo je proti směru hodinových ručiček.

Pozitivní smykové napětí
Pozitivní a negativní smykové napětí

Co je průměrné smykové napětí?

Skutečné smykové napětí není nikdy rovnoměrné; je to jiné pro různé průřezy jednotky. Pro výpočet tohoto smykového napětí je tedy uvažovaným smykovým napětím průměrné smykové napětí.

Průměrné smykové napětí je vždy menší než maximální smykové napětí pro danou plochu průřezu.

Co je to smykové napětí?

Když se na povrch aplikuje smykové napětí, vytvoří se v materiálu deformace. Poměr deformace k původní délce kolmé k osám prvku je tedy známý jako smykové napětí. Označuje se γ.

Smykové napětí
Smykové napětí
ezgif 4 a23b2427cb

Je smykové napětí v radiánu?

Č. Smykové napětí je tečná hodnota del l a h, což je bezjednotkové množství.

Objektivní otázky:

Blok materiálu s modulem smykové tuhosti G = 90 KPa je spojen se dvěma tuhými vodorovnými deskami. Spodní deska je pevná, zatímco horní deska je vystavena vodorovné síle P. Věděla, že horní deska se pohybuje silou 0.04 cm pod působením síly, pokud je výška bloku 2 cm, určete průměrné smykové napětí v materiálu.

  1. 0.04 rad
  2. 0.02 rad
  3. 0.01 rad
  4. 0.08 rad

Řešení: Možnost 2. Je odpověď.                

ezgif 4 09055c5da6

Blok materiálu s modulem smykové tuhosti G = 90 KPa je spojen se dvěma tuhými vodorovnými deskami. Dolní deska je pevná, zatímco horní deska je vystavena vodorovné síle P. Věděla, že horní deska se pohybuje silou 0.04 cm pod působením síly, pokud je výška bloku 2 cm, najděte sílu P působící na horní desku.

  1. 180
  2. 360
  3. 720
  4. 90

Řešení: Možnost 1 je odpovědí.

ezgif 4 a111d0d3cd
ezgif 4 66b0bbae6c

Najděte hodnotu smykových napětí vyvinutých v čepu A pro mechanismus zvonové kliky zobrazený na obrázku? Najděte bezpečný průměr čepu, pokud je přípustné smykové napětí pro materiál čepu 180 MPa.

  1. 3mm
  2. 4mm
  3. 4.5mm
  4. 5mm

Řešení: Odpověď je možnost 4.

                   Napětí vyvinutá v čepu jsou smykové napětí a ložiskové napětí.

                   Síla při B = 5 * 0.1 / 0.15 = 3.33 KN

ezgif 4 fc850134cf

Vzhledem k dvojitému střihu u A

ezgif 4 76108afe17

Bezpečný průměr čepu je významnější než 4.6 mm.

Který z následujících základních předpokladů není zohledněn při odvozování torzní rovnice pro kruhový prvek?

  1. Materiál musí být homogenní a izotropní.
  2. Rovina kolmá na osu zůstává rovinou i po aplikaci momentu.
  3. Smyková deformace se lineárně mění od střední osy v kruhovém prvku, když je vystavena kroutícímu momentu.
  4. Materiál se neřídí Hookeovým zákonem

Řešení: Možnost 4.

ZÁVĚR 

V tomto článku jsou podrobně rozebrány všechny koncepty týkající se smykového napětí. Při navrhování jakéhokoli produktu je velmi důležité vědět o smykovém napětí.

Dozvědět se více o strojírenství klikněte zde!

Zanechat komentář