剪切应力

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介绍

剪切应力是指作用在物体单位面积上并平行于该面积的变形力。承受应力的物体同时承受剪切应力（也称为切向应力）。如果剪切应力与法向应力（纵向应力）垂直于其作用的截面，则力矢量也垂直于该截面。

简而言之，剪切应力是一种作用于材料横截面共面的应力。剪切力是导致剪切应力增加的主要原因。这种应力表示一对大小相等、方向相反且作用于物体上的力。

这种应力属于矢量量，它表示物体的方向和大小。

剪切应力的定义

剪切的实际含义是切割。当在刚体表面施加力时，施加的力意图切断金属体的应力和力。剪切应力是一种作用于物体材料横截面共面的应力 (Kumar & Mandal, 2018)。

它属于矢量量，用希腊字母τ表示。

弯曲应力是平行于机器部件轴线作用的力。

剪切应力的公式和单位

图1：剪切应力

剪切应力用希腊字母τ表示。剪切应力的计算公式为τ = F/A，其中F表示作用于机械部件结构的施加力，A表示机械部件结构的横截面积 (Hefnawy *et al*. 2018)。

剪切应力也受到作用于机械部件的横向力的影响，该横向力完全取决于用M(x)表示的弯矩和用V(x)表示的剪切力。

剪切应力的计算过程

图2：剪切弹性和剪切应力

机械部件的应力分布可以用以下公式表示：

τxy = VQ/It

在这个公式中，V表示横截面的剪切力，Q表示面积矩，t表示机械部件截面的宽度，I表示面积的惯性矩 (Moneva *et al*. 2021)。

剪切应力的测量单位与其他类型的应力相同。剪切应力的SI单位是N/m² 或 Pa，在另一个英制系统中，单位变为lbf/ft² (Hefnawy *et al*. 2018)。

剪切应力的另一个重要计算过程是τ = F/A，其中τ表示剪切应力，F表示作用在机械部件上的施加力，A表示机械部件结构的横截面积，并且与力矢量平行。

剪切应力的实际应用

图3：剪切模量

剪切应力的实际应用可以在不同的日常活动中看到，例如绘画、刷涂以及在身体上涂抹乳液时都会经常看到剪切应力 (Chirca *et al*. 2020)。在制作面包或薄饼时，通常也会看到剪切应力的应用。此外，在智能手机上滑动以及在公园里滑行时，也会看到剪切应力的应用 (Polacchi *et al*. 2019)。

在黑板上写字或切菜是剪切应力的完美例子。

结论

剪切应力可以分为两类：弯曲应力和纯剪切应力。纯剪切应力主要由扭曲气瓶产生。弯曲应力与纯剪切应力的主要区别在于，弯曲应力平行于构件的轴线，而另一种应力垂直于构件的轴线。弯曲应力也称为挠曲应力，主要适用于固体物体。剪切应力与剪切力略有不同，因为这种力是指作用于材料的内力。剪切应力的单位是剪切力，而剪切力主要取决于面积。

常见问题

Q1. 剪切应力和拉伸应力的主要区别是什么？

A1：剪切应力和拉伸应力的主要区别在于，拉伸应力以直角作用于物体表面。剪切应力表示作用于金属物体平行表面的变形力。

Q2. 剪切应力的不同单位是什么？

A2：剪切应力的基本单位是Kg·m^-1·s^-2，而SI单位是N/m²/ Pa 或帕斯卡。剪切应力的美国单位是lbf/ft² / Psi (lbf/inch²)

Q3. 剪切应力的原理是什么？

A3：剪切应力的原理是它作用于主平面，承受最大法向应力的平面称为主应力平面。剪切应力的另一个原理是它可以在固体或流体材料中看到。

Q4. 剪切应力的意义是什么？

A4：当流体流过固体结构时，剪切应力也会在流体中发生。在流体点与其边界之间所在的点也会观察到剪切应力。