段ボールの棒を曲げたり、折ったりしようとしたことがありますが、厚すぎて残念ながらうまくいきませんでしたか?そして、壁に立てかけたり、力いっぱい踏んだりして、壊してしまったのかもしれません。せん断応力が壊れる原因となるのは、応力だけです。
せん断応力は、部材の軸に垂直な単位面積あたりの力の大きさです。段ボールの棒の上にしっかりと立つと、2 種類の応力が発生しました。
- 曲げ応力とも呼ばれる曲げ応力は、部材の軸方向に平行にかかります。
- せん断応力は、部材の軸方向に対して垂直になります。
せん断応力とは?
せん断応力の定義:せん断応力は、構造を破壊し、1 つまたは複数の平面に沿って発生する力です。せん断応力は、ほとんどの場合、物理学の研究に関連付けられていますが、工学や地質学などの他の分野でも使用されることがあります。せん断応力のインスタンスは、エンジニアリングの建設資材、または地質学の地滑りをもたらす可能性のある急な丘や山で感じられます。
せん断応力はそれ自体の力ですが、力の集合として見ることもできます。たとえば、せん断応力は、斜面上の物を重力で引き下げる、砂粒や岩による摩擦抵抗の損失、斜面上の重い物を持ち上げるなどの要因の組み合わせから生じる可能性があります。
せん断応力の例
実際、何かを切ったり壊したりするときはいつでも、せん断応力が伝達されています。せん断応力の他の例は、流動中の流体によってパイプラインに加えられる力です。せん断応力は、誰かがただ休んでいるのではなく、その上を歩いているときに砂の城を倒します。地盤工学エンジニアは、せん断による破損を防ぐために構造物の基礎を構築する際に、土壌のせん断応力を考慮します。
1 枚の紙を切るためにハサミを使用すると、2 つのセクションが横方向の応力を加え、部材 (紙) にせん断応力がかかり、紙を切ることができます。
せん断応力式
法線応力の式は次のように表すことができます:
τ =F / A
ここで:
τ =せん断応力 (パスカルまたは N/m² で表される)
F =せん断力 (N で表される)
A =面積 (m² で表される)
せん断応力の単位
前述のように、せん断応力は 1 平方メートルあたりのパスカルまたはニュートン (N/m²) で測定されます。
- 1 パスカルは 1 N/m² に相当します。
- ニュートンは、1 キログラム (kg) を 1 メートル (m)/秒 (s) 毎秒移動するのに必要な力の分析です。
- 1 平方メートルあたりのパスカルまたはニュートン (N/m²)、せん断応力の単位は、特定の面積 (m2) で 1 秒あたり 1 キログラムの材料を動かすのに必要な力を表します。せん断応力の単位は、斜面が崩壊して下方に滑り落ちるために、特定の斜面の場所にどれだけの力を加える必要があるかを測定します。
最大せん断応力とは?
最大せん断応力は、比較的コンパクトなスペースで発生するせん断力の量です。せん断応力は、外力が内力と反対の方向に作用し、内力とは一致しない場合に、構造コンポーネント全体に発生します。これらの力はさまざまな大きさになります。構造部材の異なる断面は、部材全体に均等に分散されません。これらの力は、構造材料にせん断応力を加えます。最大せん断応力理論に基づいて、材料が耐えることができる最大せん断応力は、部材のほんの数箇所に集中しています。
最大せん断応力式
最大せん断応力式は、最大せん断応力を決定します。したがって、せん断応力を評価するための最初のステップは、最大せん断応力の式を取得することです。
この方程式は、最大せん断応力の式につながります。梁の長方形断面の計算には、次の図が必要です:
h =断面の高さ
b =断面の幅または幅
V =断面のせん断力
Q =A x Y =断面の一次モーメント
A =目的の平面の上の断面の面積
y =領域の重心と中立軸の間の距離
I =重心に関連する全セクションの慣性モーメント
I (長方形のセクション) =h x b
せん断応力の種類
せん断応力にはさまざまな種類があります。せん断応力の種類ごとに、材料または物体に複数の方向に加えられる力が説明されます。以下は、以下で説明するせん断応力の種類の一部です:
横せん断応力
物体の縦軸方向に垂直応力がかかると、物体は横せん断を受けます。一方の端だけで接続されている長いポールについて考えてみてください。支持されていないポールの端に力が加えられると、横方向のせん断応力がポールの長さに垂直に加えられ、ポールが取り付けられていない端で曲がることができます。力は一方向に作用するため、横せん断応力はねじりせん断応力とは異なります。
ねじりせん断応力
ねじりせん断応力は、物体に反対方向に等しい力が加えられたときに発生するねじりから生じます。手のひらの間で鉛筆を転がしている人を考えてみてください。片方の手のひらで鉛筆を体から遠ざけ、もう片方の手のひらで鉛筆を体に引きずって転がすように力を加える必要があります。鉛筆にトルクが与えられているため、これらの力によって鉛筆が回転します。アイテムが一方の端でリンクされている場合、転がるのではなくねじれます。
ビームせん断応力
ビームせん断応力は、ビームが一貫して加えられていない力を受けると発生します。このせん断応力は、他のオブジェクトではなくビームに伝達されるため、他のものとは異なります。計算は次のとおりです。
τ avg =V / A
場所:
τ =断面で平均化された平均せん断応力
A =断面積
V =断面でのせん断応力
壁せん断応力
流体が壁に対して及ぼす圧力は、壁せん断応力として知られています。壁せん断応力は、静脈と動脈の血液循環とパイプラインの流体の流れを表すために使用できる概念です。壁せん断応力は、直接法または間接法を使用して測定できます。直接的な手法には、壁のせん断応力を直接検出するフィルム ベースのアプローチと浮動要素センサーが含まれます。直接的な測定とは対照的に、間接的な手順では、せん断応力を他の量と関連付けて、せん断応力を推測します。
流体のせん断応力
せん断応力は流体にも見られます。流体が固体の境界内を移動している場合、せん断応力と流体と境界の間の接触点の両方を見ることができます。
流体は、さまざまな速度で移動する多くのレベルで構成されています。レイヤーの速度は、境界からの距離に関係なく同じになります。せん断応力は、地層間のこの可変速度の主な原因です。
次に、応力とひずみは流体においてさまざまな関係があります。言い換えれば、せん断応力はひずみ速度に依存し、ここでは粘度に比例して一定であることがわかります
実世界でのせん断応力
目が覚めてベッドから出た瞬間から、再び眠りにつくまで。ほとんどすべての日常活動には、ある程度のせん断応力が含まれています。以下は、同様の現実世界の出来事の例です:
- チョッピングとカット活動 (野菜、果物、紙、木材、衣服などを切る)
- ブラッシング、カラーリング、クリーム、ローション、石鹸などの塗布
- 食べ物を噛む、または歯で細かく砕く。
- 走ったり歩いたりして前に進むとき、足は地面を後ろに押します。
- 移動中の車両が発進または停止するときにせん断応力を経験する。
- 川床は、水が流れるときにせん断応力を受け、浸食を引き起こします。
結論
Shear は「断ち切る」という意味です。力が硬い物体の表面領域に (表面に平行な方向に) 作用すると、その力は物体の 1 つのセクションを他のセクションから分離します。
その結果、オブジェクトが変形し、ひずみが発生します (せん断ひずみ - 元の位置からのオブジェクトの角変位)。さらに、オブジェクトの剛性により変形に対する耐性があり、ニュートンの運動の第 3 法則は、オブジェクトの表面に沿った復元力の出現を予測します。
オブジェクトの復元力は、適用された力のせん断効果に逆らって機能する可能性があります。したがって、せん断ひずみの結果にはせん断応力が不可欠です。
よくある質問
1.せん断応力の定義
答え せん断応力は、材料の断面に平行に作用する一種の応力です。せん断力が原因で発生します。これは、物体の両側に等しく反対方向の圧力をかける力の組み合わせです。
2.せん断応力の過程をイラストで説明してください。
答え せん断応力の特定の図を次に示します:
- 歯と歯の間で食べ物を噛むとせん断応力が発生します。
- スピード違反の車両が発進または停止すると、シートの表面にせん断応力が発生します。
- 同様に、歩いたり走ったりすると、足が地面を後ろに押します。
3.引張応力とせん断応力の違いは?
答え せん断応力と引張応力は、物体に異なる力が与えられる 2 つの異なるタイプの応力です。ある角度で大きな変形力が表面にかかると、引張り応力が発生します。一方、せん断応力は、表面に平行に加えられる変形力から生じます。
