Vad är en skjuvbelastning?
En skjuvbelastning är en kraft som orsakar skjuvspänning när den appliceras på ett konstruktionselement. Skjuvspänning, som är en kraft per ytenhet, inträffar i planet vinkelrätt mot normal spänning; det skapas när två plan med 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 göra att material ger ut eller deformeras permanent.
Normala spänningar uppstår när ett material sätts i spänning eller kompression. I detta fall är båda applicerade krafter längs samma axel. Om krafterna appliceras längs olika axlar kommer det att finnas 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 tvärsnittsområdet i fråga.
Medan skjuvspänningen är kraft per enhetsarea avser skjuvbelastning vanligtvis endast kraften i sig. Därför är de enhetliga enheterna enhetskraften, oftast Newton eller pundkraft. När en skjuvbelastning appliceras på ett begränsat material, är en reaktionskraft ansvarig för att hålla materialet stillastående. 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 böjningsrörelsen genom en balk. Ett böjmoment är vridmomentet än får en balk att avböjas. Den maximala tillåtna skjuvbelastningen på en balk är relaterad till både materialets och geometrin hos balken - tjockare balkar gjorda av starkare material kan tåla högre skjuvbelastningar.
När krafter får interna spänningar att bli för höga kommer ett material att ge. Utbyte ändrar permanent 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. Utbyte förvränger inte bara geometrin hos ett material, utan det kan göra material mer känsliga för sprickor. Att hantera denna risk är av avgörande betydelse för civila och mekaniska ingenjörer.
Det är lättare att bestämma vilka material som är de starkaste eller har de högsta avkastningspunkterna genom experiment än genom teoretisk analys. Det är vanligtvis känt att stål tål mer inre påkänningar än aluminium. Förklaringen till varför detta är föremål för flera konkurrerande teorier. Vissa av dessa teorier betonar skjuvspänning som grundläggande för att förklara när material kommer att ge.