Força de cisalhamento - Shear strength

Estrada de Mam Tor destruída por afundamento e cisalhamento , perto de Castleton , Derbyshire .

Em engenharia , a resistência ao cisalhamento é a resistência de um material ou componente contra o tipo de escoamento ou falha estrutural quando o material ou componente falha no cisalhamento . Uma carga de cisalhamento é uma força que tende a produzir uma falha por deslizamento em um material ao longo de um plano paralelo à direção da força. Quando um papel é cortado com uma tesoura, o papel quebra ao cisalhar.

Em engenharia estrutural e mecânica , a resistência ao cisalhamento de um componente é importante para projetar as dimensões e os materiais a serem usados ​​na fabricação ou construção do componente (por exemplo , vigas , placas ou parafusos ). Em uma viga de concreto armado , o objetivo principal dos estribos de barra de reforço (vergalhão) é aumentar a resistência ao cisalhamento.

Equações

Uma força de cisalhamento é aplicada à parte superior do retângulo enquanto a parte inferior é mantida no lugar.  A tensão de cisalhamento resultante, τ, deforma o retângulo em um paralelogramo.
Uma força de cisalhamento é aplicada ao topo do retângulo que deforma o retângulo em um paralelogramo. Ter um módulo de elasticidade de cisalhamento mais alto aumenta a força necessária para deformar o retângulo.

Para tensão de cisalhamento se aplica

Onde

é o principal estresse e
é o menor estresse principal.

Em geral: os materiais dúcteis (por exemplo, alumínio) falham no cisalhamento, enquanto os materiais frágeis (por exemplo, ferro fundido) falham na tensão. Veja a resistência à tração .

Calcular:

Dada a força total na falha (F) e a área de resistência à força (por exemplo, a seção transversal de um parafuso carregado em cisalhamento), a resistência ao cisalhamento final ( ) é:

Para tensão de cisalhamento média

Onde

é a tensão de cisalhamento média,
é a força de cisalhamento aplicada a cada seção da peça, e
é a área da seção.

Tensão de cisalhamento média também pode ser definida como a força total de quanto

Esta é apenas a tensão média, a distribuição real da tensão não é uniforme. Em aplicações do mundo real, esta equação fornece apenas uma aproximação e a tensão de cisalhamento máxima seria maior. A tensão nem sempre é distribuída igualmente por uma peça, de modo que a resistência ao cisalhamento precisaria ser maior para contabilizar a estimativa.

Comparação

Como um guia muito aproximado que relaciona as resistências à tração, ao escoamento e ao cisalhamento:

Material Relacionamento de força final Relação de força de rendimento
Aços USS = aprox. 0,75 * UTS SYS = aprox. 0,58 * TYS
Ferro dúctil USS = aprox. 0,9 * UTS SYS = aprox. 0,75 * TYS.
Ferro maleável USS = aprox. 1.0 * UTS
Ferro forjado USS = aprox. 0,83 * UTS
Ferro fundido USS = aprox. 1.3 * UTS
Alumínios USS = aprox. 0,65 * UTS SYS = aprox. 0,55 * TYS

USS: Resistência ao cisalhamento final, UTS: Resistência à tração final, SYS: Tensão de escoamento de cisalhamento, TYS: Tensão de escoamento de tração

Não há valores padrão publicados para a resistência ao cisalhamento, como a resistência à tração e ao escoamento. Em vez disso, é comum que seja estimado como 60% da resistência à tração final. A resistência ao cisalhamento pode ser medida por um teste de torção onde é igual à sua resistência à torção.

Material Tensão final ( Ksi ) Tensão final ( MPa )
Fibra de vidro / epóxi (23 o C) 7,82 53,9

Quando os valores medidos de amostras físicas são desejados, vários padrões de teste estão disponíveis, cobrindo diferentes categorias de materiais e condições de teste. Nos EUA, os padrões ASTM para medir a resistência ao cisalhamento incluem ASTM B831, D732, D4255, D5379 e D7078. Internacionalmente, os padrões de teste ISO para resistência ao cisalhamento incluem ISO 3597, 12579 e 14130.

Veja também

Referências