剪下應力

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介紹

剪下應力是指作用在物體單位面積上並平行於該面積的變形力。承受應力的物體同時承受剪下應力（也稱為切向應力）。如果剪下應力與法嚮應力（縱向應力）垂直於其作用的截面，則力向量也垂直於該截面。

簡而言之，剪下應力是一種作用於材料橫截面共面的應力。剪下力是導致剪下應力增加的主要原因。這種應力表示一對大小相等、方向相反且作用於物體上的力。

這種應力屬於向量量，它表示物體的方向和大小。

剪下應力的定義

剪下的實際含義是切割。當在剛體表面施加力時，施加的力意圖切斷金屬體的應力和力。剪下應力是一種作用於物體材料橫截面共面的應力 (Kumar & Mandal, 2018)。

它屬於向量量，用希臘字母τ表示。

彎曲應力是平行於機器部件軸線作用的力。

剪下應力的公式和單位

圖1：剪下應力

剪下應力用希臘字母τ表示。剪下應力的計算公式為τ = F/A，其中F表示作用於機械部件結構的施加力，A表示機械部件結構的橫截面積 (Hefnawy *et al*. 2018)。

剪下應力也受到作用於機械部件的橫向力的影響，該橫向力完全取決於用M(x)表示的彎矩和用V(x)表示的剪下力。

剪下應力的計算過程

圖2：剪下彈性和剪下應力

機械部件的應力分佈可以用以下公式表示：

τxy = VQ/It

在這個公式中，V表示橫截面的剪下力，Q表示面積矩，t表示機械部件截面的寬度，I表示面積的慣性矩 (Moneva *et al*. 2021)。

剪下應力的測量單位與其他型別的應力相同。剪下應力的SI單位是N/m² 或 Pa，在另一個英制系統中，單位變為lbf/ft² (Hefnawy *et al*. 2018)。

剪下應力的另一個重要計算過程是τ = F/A，其中τ表示剪下應力，F表示作用在機械部件上的施加力，A表示機械部件結構的橫截面積，並且與力向量平行。

剪下應力的實際應用

圖3：剪下模量

剪下應力的實際應用可以在不同的日常活動中看到，例如繪畫、刷塗以及在身體上塗抹乳液時都會經常看到剪下應力 (Chirca *et al*. 2020)。在製作麵包或薄餅時，通常也會看到剪下應力的應用。此外，在智慧手機上滑動以及在公園裡滑行時，也會看到剪下應力的應用 (Polacchi *et al*. 2019)。

在黑板上寫字或切菜是剪下應力的完美例子。

結論

剪下應力可以分為兩類：彎曲應力和純剪下應力。純剪下應力主要由扭曲氣瓶產生。彎曲應力與純剪下應力的主要區別在於，彎曲應力平行於構件的軸線，而另一種應力垂直於構件的軸線。彎曲應力也稱為撓曲應力，主要適用於固體物體。剪下應力與剪下力略有不同，因為這種力是指作用於材料的內力。剪下應力的單位是剪下力，而剪下力主要取決於面積。

常見問題

Q1. 剪下應力和拉伸應力的主要區別是什麼？

A1：剪下應力和拉伸應力的主要區別在於，拉伸應力以直角作用於物體表面。剪下應力表示作用於金屬物體平行表面的變形力。

Q2. 剪下應力的不同單位是什麼？

A2：剪下應力的基本單位是Kg·m^-1·s^-2，而SI單位是N/m²/ Pa 或帕斯卡。剪下應力的美國單位是lbf/ft² / Psi (lbf/inch²)

Q3. 剪下應力的原理是什麼？

A3：剪下應力的原理是它作用於主平面，承受最大法嚮應力的平面稱為主應力平面。剪下應力的另一個原理是它可以在固體或流體材料中看到。

Q4. 剪下應力的意義是什麼？

A4：當流體流過固體結構時，剪下應力也會在流體中發生。在流體點與其邊界之間所在的點也會觀察到剪下應力。