Resistencia a la cizalladura - Shear strength

Mam Tor road destruida por hundimiento y cizallamiento , cerca de Castleton , Derbyshire .

En ingeniería , la resistencia al corte es la resistencia de un material o componente contra el tipo de falla estructural o de fluencia cuando el material o componente falla en el corte . Una carga cortante es una fuerza que tiende a producir una falla por deslizamiento en un material a lo largo de un plano paralelo a la dirección de la fuerza. Cuando se corta un papel con unas tijeras, el papel falla al cortarse.

En ingeniería estructural y mecánica , la resistencia al corte de un componente es importante para diseñar las dimensiones y los materiales que se utilizarán para la fabricación o construcción del componente (por ejemplo , vigas , placas o pernos ). En una viga de hormigón armado , el propósito principal de los estribos de las barras de refuerzo es aumentar la resistencia al corte.

Ecuaciones

Se aplica una fuerza cortante a la parte superior del rectángulo que deforma el rectángulo en un paralelogramo. Tener un módulo de elasticidad de corte más alto aumenta la fuerza necesaria para deformar el rectángulo.

Para esfuerzo cortante se aplica ${\ Displaystyle \ tau}$

${\ Displaystyle \ tau = {\ frac {\ sigma _ {1} - \ sigma _ {3}} {2}},}$

donde

${\ Displaystyle \ sigma _ {1}}$ es el principal estrés y

${\ Displaystyle \ sigma _ {3}}$ es un estrés principal menor.

En general: los materiales dúctiles (por ejemplo, el aluminio) fallan en el cizallamiento, mientras que los materiales quebradizos (por ejemplo, el hierro fundido) fallan en la tensión. Ver resistencia a la tracción .

Calcular:

Dada la fuerza total en el momento de la falla (F) y el área de resistencia a la fuerza (por ejemplo, la sección transversal de un perno cargado en cortante), la resistencia a cortante última ( ) es: ${\ Displaystyle \ tau}$

${\ Displaystyle \ tau = {\ frac {F} {A}} = {\ frac {F} {\ pi r_ {bolt} ^ {2}}} = {\ frac {4F} {\ pi d_ {bolt} ^ {2}}}}$

Para esfuerzo cortante promedio

${\ Displaystyle \ tau \ scriptstyle (promedio) = {\ frac {V} {A}}}$

donde

${\ Displaystyle \ tau \ scriptstyle (promedio)}$ es el esfuerzo cortante promedio,

${\ Displaystyle V}$ es la fuerza cortante aplicada a cada sección de la pieza, y

${\ Displaystyle A}$ es el área de la sección.

El esfuerzo cortante promedio también se puede definir como la fuerza total de como ${\ Displaystyle V}$

${\ Displaystyle V = \ int \ tau dA}$

Esta es solo la tensión promedio, la distribución de la tensión real no es uniforme. En aplicaciones del mundo real, esta ecuación solo proporciona una aproximación y el esfuerzo cortante máximo sería mayor. La tensión no suele distribuirse por igual en una pieza, por lo que la resistencia al corte debería ser mayor para tener en cuenta la estimación.

Comparación

Como una guía muy aproximada que relaciona las resistencias a la tracción, el rendimiento y el corte:

USS: Resistencia máxima al cizallamiento, UTS: Resistencia máxima a la tracción, SYS: Tensión de fluencia al cizallamiento, TYS: Tensión de fluencia a la tracción

No hay valores estándar publicados para la resistencia al cizallamiento como con la resistencia a la tracción y el límite elástico. En cambio, es común que se calcule como el 60% de la resistencia máxima a la tracción. La resistencia al corte se puede medir mediante una prueba de torsión donde es igual a su resistencia a la torsión.

Cuando se desean valores medidos a partir de muestras físicas, se encuentran disponibles varios estándares de prueba, que cubren diferentes categorías de materiales y condiciones de prueba. En los EE. UU., Las normas ASTM para medir la resistencia al corte incluyen ASTM B831, D732, D4255, D5379 y D7078. A nivel internacional, los estándares de prueba ISO para resistencia al corte incluyen ISO 3597, 12579 y 14130.

Ver también

• Módulo de corte
• Esfuerzo cortante
• Deformación cortante
• Resistencia al corte (suelo)
• Resistencia al corte (discontinuidad)
• Resistencia de materiales
• Fuerza de Tensión

Referencias

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