Wat is een afschuifbelasting?
Een afschuifbelasting is een kracht die afschuifspanning veroorzaakt wanneer deze op een structureel element wordt uitgeoefend. Afschuifspanning, die een kracht per oppervlakte-eenheid is, treedt op in het vlak loodrecht op normale spanning; het wordt gemaakt wanneer twee vlakken van hetzelfde object langs elkaar proberen te schuiven. Ingenieurs moeten de afschuifbelasting op constructies berekenen om ervoor te zorgen dat ze geen mechanische storing ervaren. Een te hoge afschuifbelasting kan ertoe leiden dat materialen meegeven of permanent vervormen.
Normale spanningen treden op wanneer een materiaal onder spanning of druk wordt gezet. In dit geval liggen beide uitgeoefende krachten langs dezelfde as. Als de krachten langs verschillende assen worden uitgeoefend, zijn er schuifspanningen naast normale spanningen. Een vierkant element van het materiaal zal krachten ervaren die de neiging hebben om het in een parallellogram te schuiven. De gemiddelde schuifspanning in een materiaal is gelijk aan de schuifbelasting gedeeld door het betreffende dwarsdoorsnedeoppervlak.
Hoewel afschuifspanning kracht is per oppervlakte-eenheid, verwijst afschuifbelasting in het algemeen alleen naar de kracht zelf. Daarom zijn de juiste eenheden de eenhedenkracht, meestal Newton of pondkracht. Wanneer een afschuifbelasting wordt uitgeoefend op een beperkt materiaal, is een reactiekracht verantwoordelijk voor het stationair houden van het materiaal. Deze reactiekracht vormt de "tweede" uitgeoefende kracht; in combinatie met een reactiekracht kan een enkele kracht schuifspanningen veroorzaken.
De afschuifbelasting is belangrijk bij het berekenen van de spanningen binnen een balk. De bundelvergelijking Euler-Bernoulli relateert de afschuifbelasting aan de buigbeweging door een balk. Een buigmoment is het draaikoppel dat een straal laat afbuigen. De maximaal toelaatbare afschuifbelasting op een balk is gerelateerd aan zowel het materiaal als de geometrie van de balk - dikkere balken gemaakt van sterkere materialen kunnen hogere schuifbelastingen verdragen.
Wanneer krachten ervoor zorgen dat interne spanningen te hoog worden, zal een materiaal meegeven. Opbrengst verandert permanent de ontspannen vorm en grootte van een materiaal, zoals optreedt wanneer het materiaal vrij is van externe krachten. Een paperclip kan gemakkelijk met de hand naar het vloeipunt worden gebracht. Opbrengst vervormt niet alleen de geometrie van een materiaal, maar het kan materialen ook vatbaarder maken voor breuk. Het beheersen van dit risico is van cruciaal belang voor civiele en werktuigbouwkundige ingenieurs.
Beslissen welke materialen het sterkst zijn, of de hoogste opbrengst hebben, is gemakkelijker te doen door experiment dan door theoretische analyse. Het is bijvoorbeeld algemeen bekend dat staal meer interne spanningen kan verdragen dan aluminium. De verklaring waarom dit het geval is, is het onderwerp van verschillende concurrerende theorieën. Sommige van deze theorieën benadrukken schuifspanning als fundamenteel om uit te leggen wanneer materialen zullen opleveren.