- Quando a força é transmitida de um corpo para outro, forças paralelas à superfície são experimentadas pelo corpo, esse tipo de força produz tesouras de cisalhamentos.
- É vital saber sobre as tensões de cisalhamento que atuam no material durante o projeto do produto. A ruptura por cisalhamento é a falha mais comum que ocorre devido à consideração inadequada das forças de cisalhamento.
Definição de tensão de cisalhamento
- Quando a força aplicada é paralela / tangencial à área da superfície de aplicação, a tensão produzida é conhecida como tensão de cisalhamento.
- Aqui, a aplicação de força é tangencial à superfície de aplicação.
- Um componente do tensor de tensão na direção paralela à área de aplicação.
- A tensão de cisalhamento também ocorre em carregamento axial, flexão, etc.
Fórmula de cisalhamento
Tensão de cisalhamento = Força imposta paralela à área / área da seção transversal
O que são unidades de cisalhamento?
Unidade de tensão de cisalhamento é N / m2 ou Pa.
Nas indústrias, a unidade usada para medir a tensão de cisalhamento é N / mm2 ou MPa (Mega Pascal)
Símbolo de tensão de cisalhamento | Tensão de cisalhamento tau
O símbolo usado para representar a tensão de cisalhamento é τ (Tau). Também é representado por T.
Diagrama de tensão de cisalhamento
Notação de tensão de cisalhamento
- O símbolo τ é usado para representar a tensão de cisalhamento.
- Para mostrar a força aplicada e a direção da área de aplicação, os subscritos são usados com o símbolo τ como τij.
- Onde i representa a direção do plano da superfície em que está sendo aplicada (perpendicular à superfície) ej representa a direção da força aplicada.
- Assim, τij= Tensão de cisalhamento atuando na superfície i na direção j.
τji= Tensão de cisalhamento atuando na superfície j na direção i.
- Podemos escrever como:
Direção da tensão de cisalhamento
Em 2 dimensões:
- Na forma vetorial, a tensão de cisalhamento é a proporção de um componente paralelo da força aplicada ao vetor normal unitário da área.
τ = F‖ / UMA
Em 3 dimensões:
- Ao nomear xy, que está na forma subscrita (convenção subscrita), o índice x representa a direção de um vetor perpendicular à área de aplicação ey representa a direção da força aplicada.
- Na figura a seguir, ele é representado por todos os três eixos.
Qualquer uma das tensões de cisalhamento pode ser representada da seguinte forma:
Convenção de Sinal de Tensão de Corte
Quando a tensão de cisalhamento é aplicada em uma superfície ao longo do eixo principal, o eixo perpendicular adjacente experimenta a mesma quantidade de tensão de cisalhamento na direção oposta, conhecida como tensão de cisalhamento complementar, conforme mostrado na figura:
- A tensão de cisalhamento é positiva se a força de cisalhamento aplicada ao longo do eixo x estiver na direção certa ou no sentido horário.
Da mesma forma, a tensão de cisalhamento é positiva se a força de cisalhamento aplicada ao longo do eixo y estiver em uma direção para cima ou no sentido anti-horário.
- A tensão de cisalhamento é negativa se a força de cisalhamento aplicada ao longo do eixo x estiver na direção esquerda ou no sentido anti-horário.
Da mesma forma, a tensão de cisalhamento é negativa se a força de cisalhamento aplicada ao longo do eixo y estiver em uma direção para baixo ou no sentido horário.
- Meias pontas de seta são usadas para representar a tensão de cisalhamento.
Deformação de cisalhamento
- Quando a tensão de cisalhamento é aplicada em uma superfície, a deformação é produzida no material. Assim, a razão de deformação para o comprimento original perpendicular aos eixos da barra é conhecida como tensão de cisalhamento. É denotado por γ.
- Também é definido como a tangente do ângulo de deformação ө.
- Tensão de cisalhamento = del l / h = tangente (Ө)
Tensão de cisalhamento e tensão de cisalhamento
- Nota-se que a deformação de cisalhamento é dependente da tensão de cisalhamento. A relação é expressa como
Módulo de rigidez | Módulo de tensão de cisalhamento | Módulo de rigidez de cisalhamento
- A constante de proporcionalidade G é conhecida como Módulo de rigidez ou Módulo de tensão de cisalhamento ou Módulo de rigidez de cisalhamento.
- Assim,
Módulo de rigidez = Tensão de cisalhamento / Tensão de cisalhamento
- Na maioria dos metais, G é cerca de 0.4 vezes do Módulo de Elasticidade de Young.
Para materiais isotrópicos, Módulo de Rigidez e Módulo de Elasticidade estão relacionados entre si de acordo com
Y = 2 * G * (1+ ʋ)
Onde, Y = Módulo de elasticidade
G = Módulo de Rigidez
' = Razão de Poisson
Força de cisalhamento
- A resistência ao cisalhamento é o valor máximo da tensão de cisalhamento que pode resistir à falha devido à tensão de cisalhamento.
- É um parâmetro significativo ao projetar e fabricar máquinas.
- Exemplo: Ao projetar parafusos e rebites, é indispensável conhecer a resistência ao cisalhamento do material.
Tensão de cisalhamento vs tensão normal
| Tensão de cisalhamento | Estresse normal | |
| 1. | A força aplicada é paralela à superfície em que está sendo aplicada | A força aplicada é perpendicular à superfície na qual está sendo aplicada. |
| 2. | O vetor de força e o vetor de área são perpendiculares um ao outro | O vetor de força e o vetor de área são paralelos um ao outro. |
Tensão de cisalhamento de torque | Tensão de cisalhamento devido à torção
- Torque é uma forma de força rotacional que faz o objeto girar em torno de um eixo. Quando esse torque é aplicado em um corpo deformável, ele gera tensão de cisalhamento naquele corpo, fazendo com que o corpo gire em torno de um eixo, conhecido como torção.
- Esse tipo de tensão é significativo em eixos. As tensões ou deformações induzidas no eixo devido a esta torção são tipos de tensões de cisalhamento.
- A deformação de cisalhamento produzida no seguinte eixo de raio r é representada da seguinte forma:
γ = rdө / dz
Assim, a tensão de cisalhamento produzida é representada por
Fluido de cisalhamento
- A tensão de cisalhamento produzida em qualquer material é devido ao movimento relativo dos planos uns sobre os outros.
- Quando se trata de fluido, a tensão de cisalhamento é produzida nos fluidos devido ao movimento relativo das camadas de fluido umas sobre as outras. É a viscosidade que causa tensão de cisalhamento no fluido.
- Devido à tensão de cisalhamento, o fluido não pode ser mantido em um lugar.
- Assim, a tensão de cisalhamento produzida no fluido é igual ao
Onde μ = Viscosidade Dinâmica
u = velocidade do fluxo
y = Altura acima do limite
- Essa equação também é conhecida como Lei da Viscosidade de Newton.
Leia mais sobre Tensão de cisalhamento e todos os fatos importantes
Taxa de cisalhamento
- A taxa de cisalhamento é a taxa na qual uma camada de fluido passa por outra camada adjacente de fluido; isso pode ser descoberto usando a geometria e a velocidade do fluxo.
- A viscosidade do fluido depende principalmente da taxa de cisalhamento do fluido.
- Este parâmetro é muito importante ao projetar produtos fluidos como xaropes, creme protetor solar, loção corporal, etc.
Tensão de cisalhamento vs taxa de cisalhamento
- A taxa de cisalhamento é definida como a taxa de variação da velocidade das camadas de fluido umas nas outras. Para todos os fluidos newtonianos, a viscosidade permanece constante quando há uma mudança na taxa de cisalhamento, e a tensão de cisalhamento é diretamente proporcional à taxa de cisalhamento.
- A seguir está uma representação gráfica da tensão de cisalhamento vs cisalhamento para um tipo diferente de fluido:
Tensão de cisalhamento em vigas
- Se um viga cantilever de diâmetro d é torcido em sua extremidade livre, se uma torção de magnitude T for aplicada em sua extremidade livre, então a tensão de cisalhamento produzida na viga.
- Esta tensão de cisalhamento é representada da seguinte forma
Tensão de cisalhamento devido à flexão
- Para um caso ideal, a tensão de cisalhamento não é produzida devido à flexão, mas em condições reais, a tensão de cisalhamento ocorre nas condições de flexão.
- Uma variação momento fletor ao longo do comprimento da viga causa movimento de um plano em outro porque a tensão de cisalhamento é produzida nas vigas.
Leia mais sobre Módulo de cisalhamento e módulo de rigidez
Tensão de cisalhamento em parafusos
- Os parafusos são usados principalmente para fixar dois corpos de montagem diferentes, como juntas, duas folhas de metal diferentes, dois tubos diferentes de uma montagem, etc.
- O parafuso sofre carga de cisalhamento ou força de cisalhamento devido à presença de duas cargas diferentes atuando em direções diferentes, o que faz com que um plano do parafuso deslize em outro plano do parafuso.
- ; Isso causa falha de cisalhamento em juntas como contrapiso, junta articulada, etc. portanto, ao selecionar o material para diferentes mecanismos, é essencial saber sua tensão de cisalhamento.
- A tensão de cisalhamento duplo é calculada em parafusos.
Aço de tensão de cisalhamento
- O aço é um dos metais mais aplicáveis em todos os tipos de indústrias. De construções a máquinas, o aço é usado em todos os lugares. Portanto, o valor máximo da tensão de cisalhamento do aço é um parâmetro significativo durante o projeto.
- É determinado usando a resistência à tração final do aço. Das saudades fator é usado para determinar a tensão de cisalhamento máxima. Ele afirma que a tensão de cisalhamento máxima é 0.577 vezes a resistência à tração final.
- Em muitos casos, é considerado como 0.5 vezes a resistência à tração final do aço.
Leia mais sobre Como calcular a tensão de cisalhamento
Problemas de tensão de cisalhamento
Questões Subjetivas
O que é Shear Stress?
Resp .: Quando a força aplicada é paralela à superfície / área de aplicação, a tensão produzida é conhecida como tensão de cisalhamento. A tensão de cisalhamento é um componente do tensor de tensão na direção paralela à área de aplicação.
O que é tensão de cisalhamento complementar?
Resp .: Quando a tensão de cisalhamento é aplicada em uma superfície ao longo do eixo principal, o eixo perpendicular adjacente experimenta a mesma quantidade de tensão de cisalhamento na direção oposta, conhecida como tensão de cisalhamento complementar
Quais são as convenções de sinais para tensão de cisalhamento? | Como decidir o sinal de tensão de cisalhamento?
Resp .: A tensão de cisalhamento é positiva se a força de cisalhamento aplicada ao longo do eixo x estiver na direção certa ou no sentido horário.
Da mesma forma, a tensão de cisalhamento é positiva se a força de cisalhamento aplicada ao longo do eixo y estiver em uma direção para cima ou no sentido anti-horário.
A tensão de cisalhamento é negativa se a força de cisalhamento aplicada ao longo do eixo x estiver na direção esquerda ou no sentido anti-horário.
Da mesma forma, a tensão de cisalhamento é negativa se a força de cisalhamento aplicada ao longo do eixo y estiver em uma direção para baixo ou no sentido horário.
Qual é o sinal de tensão de cisalhamento?
O símbolo τ é usado para representar a tensão de cisalhamento. Para especificar as direções da força aplicada e a direção da área de aplicação, os subscritos são usados com o símbolo τ como τij.
Quais são os exemplos de cisalhamento?
Quando um pedaço de papel é cortado com a tesoura.
Um parafuso e uma porca firmemente fixados com placas.
Esfregando as palmas uma na outra
Qualquer atrito leva à produção de cisalhamento.
Qual é um exemplo de tensão de cisalhamento?
Pintura de paredes com cor.
Mastigar comida sob os dentes.
Nas articulações da chaveta e da articulação, a chaveta e a articulação sofrem tensão de cisalhamento.
Como você resolve a tensão de cisalhamento?
Tensão de cisalhamento = Força imposta paralela à área / área da seção transversal
O que causa tensão de cisalhamento?
Quando a força é transmitida de um corpo para outro, forças paralelas à superfície são experimentadas pelo corpo, esse tipo de força produz tensão de cisalhamento.
Qual é a diferença entre tensão de cisalhamento e força de cisalhamento?
Força de cisalhamento é a força aplicada paralela ou tangencial à superfície do plano, enquanto a tensão de cisalhamento é a força de cisalhamento experimentada pela superfície do plano por unidade de área.
Qual é a diferença entre tensão de cisalhamento e taxa de cisalhamento?
Quando a força aplicada é paralela à área de superfície de aplicação, a tensão produzida é conhecida como tensão de cisalhamento, enquanto a taxa de cisalhamento é a taxa na qual uma camada de fluido passa sobre outra camada adjacente de fluido.
O que é uma força de cisalhamento positiva?
A tensão de cisalhamento é positiva se a força de cisalhamento aplicada ao longo do eixo x estiver na direção certa ou no sentido horário. Da mesma forma, a tensão de cisalhamento é positiva se a força de cisalhamento aplicada ao longo do eixo y estiver em uma direção para cima ou no sentido anti-horário.
O que é tensão de cisalhamento média?
A tensão de cisalhamento real nunca é uniforme; é diferente para as diferentes áreas da seção transversal da unidade. Assim, para calcular esta tensão de cisalhamento, a tensão de cisalhamento considerada é a tensão de cisalhamento média.
A tensão de cisalhamento média é sempre menor que a tensão de cisalhamento máxima para uma determinada área da seção transversal.
O que é Shear Strain?
Quando a tensão de cisalhamento é aplicada em uma superfície, a deformação é produzida no material. Portanto, a relação entre a deformação e o comprimento original perpendicular aos eixos da barra é conhecida como deformação por cisalhamento. É denotado por γ.
A deformação de cisalhamento é em radianos?
Não. A deformação de cisalhamento é o valor tangente de del l e h, que é uma quantidade sem unidade.
Perguntas objetivas:
Um bloco de um material com um módulo de rigidez de cisalhamento G = 90 KPa é ligado a duas placas horizontais rígidas. A placa inferior é fixada, enquanto a placa superior é submetida a uma força horizontal P. sabendo que a placa superior se move 0.04 cm sob a ação da força se a altura do bloco for de 2 cm, determine a deformação de cisalhamento média no material.
- 0.04 rad
- 0.02 rad
- 0.01 rad
- 0.08 rad
Solução: Opção 2. É a resposta.
Um bloco de um material com um módulo de rigidez de cisalhamento G = 90 KPa é ligado a duas placas horizontais rígidas. A placa inferior é fixa, enquanto a placa superior é submetida a uma força horizontal P. sabendo que a placa superior se move 0.04 cm sob a ação da força se a altura do bloco for 2 cm, encontre a força P exercida na placa superior.
- 180
- 360
- 720
- 90
Solução: a opção 1 é a resposta.
Encontre o valor das tensões de cisalhamento desenvolvidas no pino A para o mecanismo de alavanca angular mostrado na figura? Encontre o diâmetro seguro do pino se as tensões de cisalhamento permitidas para o material do pino for 180 MPa.
- 3mm
- 4mm
- 4.5mm
- 5mm
Solução: a resposta é a opção 4.
As tensões desenvolvidas no pino são tensão de cisalhamento e tensão de rolamento.
Força em B = 5 * 0.1 / 0.15 = 3.33KN
Considerando cisalhamento duplo em A
O diâmetro seguro do pino é mais significativo do que 4.6 mm.
Qual das seguintes suposições básicas não é considerada ao derivar a equação de torção para um membro circular?
- O material deve ser homogêneo e isotrópico.
- Um plano perpendicular ao eixo permanece plano também após a aplicação do torque.
- A deformação de cisalhamento varia linearmente a partir do eixo central em um membro circular quando sujeito a um torque.
- O material não obedece à lei de Hooke
Solução: Opção 4.
CONCLUSÃO
Neste artigo, todos os conceitos relacionados à tensão de cisalhamento são discutidos em detalhes. É muito importante saber sobre a tensão de cisalhamento ao projetar qualquer produto.
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