Força de cisalhamento - Shear strength
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
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
- Módulo de cisalhamento
- Tensão de cisalhamento
- Tensão de cisalhamento
- Resistência ao cisalhamento (solo)
- Resistência ao cisalhamento (descontinuidade)
- Resistência dos materiais
- Resistência à tração
Referências