せん断荷重とは何ですか？

せん断荷重は、構造要素に適用されたときにせん断応力を引き起こす力です。 単位面積あたりの力であるせん断応力は、法線応力に垂直な平面で発生します。 同じオブジェクトの2つの平面が互いにスライドしようとするときに作成されます。 エンジニアは、構造物のせん断荷重を計算して、機械的破損が発生しないことを確認する必要があります。 せん断荷重が大きすぎると、材料が降伏したり、永久に変形したりする可能性があります。

材料が張力または圧縮を受けると、通常の応力が発生します。 この場合、適用される力は両方とも同じ軸に沿っています。 力が異なる軸に沿って適用される場合、垂直応力に加えてせん断応力が発生します。 材料の正方形要素は、平行四辺形に歪む傾向がある力を受けます。 材料の平均せん断応力は、せん断荷重を問題の断面積で割った値に等しくなります。

せん断応力は単位面積あたりの力ですが、せん断荷重は一般に力そのもののみを指します。 したがって、適切な単位は単位力、最も一般的にはニュートンまたはポンド力です。 拘束された材料にせん断荷重が加えられると、反力が材料の静止を維持します。 この反力は、適用される「2番目の」力を構成します。 反力と組み合わせると、単一の力がせん断応力を発生させる可能性があります。

せん断荷重は、梁内の応力を計算する際に重要です。 Euler-Bernoulli梁の方程式は、せん断荷重を梁全体の曲げ運動に関連付けます。 曲げモーメントは、ビームを偏向させるねじりトルクです。 梁の最大許容せん断荷重は、材料と梁の形状の両方に関連しています。より強い材料で作られたより厚い梁は、より高いせん断荷重に耐えることができます。

力によって内部応力が高くなりすぎると、材料が降伏します。 降伏により、材料に外力が加わらない場合に発生するように、材料のリラックスした形状とサイズが永久的に変化します。 クリップは手作業で簡単に降伏点に移動できます。 降伏は、材料の形状を歪めるだけでなく、材料をより破損しやすくすることができます。 このリスクの管理は、土木および機械技術者にとって非常に重要です。

どの材料が最も強いか、または最も高い降伏点を持っているかを決定することは、理論的分析よりも実験を通して行う方が簡単です。 例えば、スチールはアルミニウムよりも多くの内部応力に耐えることができるというのは一般的な知識です。 なぜそうなのかの説明は、いくつかの競合する理論の主題です。 これらの理論のいくつかは、材料がいつ降伏するかを説明するための基本としてせん断応力を強調しています。