อ่าน 2 นาที
การไหลแบบเฉือน
ใน กลศาสตร์ของแข็ง การไหลแบบเฉือนคือ ความเค้นเฉือน ตามระยะทางในโครงสร้างผนังบาง [ 1 ] ในพลศาสตร์ ของไหล การไหลแบบเฉือน คือการไหล ที่เกิด จากแรงในของไหล
การไหลแบบเฉือน
ในกลศาสตร์ของแข็งการไหลแบบเฉือนคือความเค้นเฉือนตามระยะทางในโครงสร้างผนังบาง[ 1 ]ในพลศาสตร์ของไหลการไหลแบบเฉือนคือการไหลที่เกิดจากแรงในของไหล
ในกลศาสตร์ของแข็ง
สำหรับโปรไฟล์ผนังบาง เช่น คานหรือโครงสร้างกึ่งโมโนโคก การกระจาย ความเค้นเฉือนตามความหนาสามารถละเลยได้[ 2 ]ยิ่งไปกว่านั้น ไม่มีความเค้นเฉือนในทิศทางตั้งฉากกับผนัง มีเพียงทิศทางขนานเท่านั้น[ 2 ]ในกรณีเหล่านี้ การแสดงความเค้นเฉือนภายในเป็นการไหลเฉือน ซึ่งหาได้จากความเค้นเฉือนคูณด้วยความหนาของส่วนตัด อาจเป็นประโยชน์ คำจำกัดความที่เทียบเท่าสำหรับการไหลเฉือนคือแรงเฉือนVต่อหน่วยความยาวของเส้นรอบวงรอบส่วนตัดผนังบาง การไหลเฉือนมีมิติของแรงต่อหน่วยความยาว[ 1 ]ซึ่งสอดคล้องกับหน่วยนิวตันต่อเมตรใน ระบบ SIและปอนด์แรงต่อฟุตในสหรัฐอเมริกา
ต้นทาง
เมื่อมีแรงตามขวางกระทำต่อคาน ผลที่ได้คือความเค้นดัดปกติที่เปลี่ยนแปลงไปตามความยาวของคาน ความเปลี่ยนแปลงนี้ทำให้เกิดความเค้นเฉือนในแนวนอนภายในคานซึ่งแปรผันตามระยะห่างจากแกนกลางของคาน แนวคิดของความเค้นเฉือนเสริมจึงกำหนดว่าความเค้นเฉือนยังมีอยู่ทั่วหน้าตัดของคานในทิศทางของแรงตามขวางเดิมด้วย[ 3 ]ดังที่ได้อธิบายไว้ข้างต้น ในโครงสร้างผนังบาง ความแปรผันตามความหนาของชิ้นส่วนสามารถละเลยได้ ดังนั้นความเค้นเฉือนทั่วหน้าตัดของคานที่ประกอบด้วยชิ้นส่วนผนังบางจึงสามารถตรวจสอบได้ว่าเป็นการไหลของความเค้นเฉือน หรือความเค้นเฉือนคูณด้วยความหนาของชิ้นส่วน[ 2 ]
แอปพลิเคชัน
แนวคิดของการไหลเฉือนมีประโยชน์อย่างยิ่งเมื่อวิเคราะห์โครงสร้างกึ่งโมโนโคก ซึ่งสามารถทำให้เป็นอุดมคติได้โดยใช้แบบจำลองผิว-คาน ในแบบจำลองนี้ สมาชิกตามยาวหรือคานจะรับเฉพาะความเค้นตามแนวแกน ในขณะที่ผิวหรือเว็บจะต้านทานแรงบิดและแรงเฉือนที่กระทำจากภายนอก[ 3 ]ในกรณีนี้ เนื่องจากผิวเป็นโครงสร้างผนังบาง ความเค้นเฉือนภายในในผิวจึงสามารถแสดงเป็นการไหลเฉือนได้ ในการออกแบบ บางครั้งทราบการไหลเฉือนก่อนที่จะกำหนดความหนาของผิว ในกรณีนี้ ความหนาของผิวสามารถกำหนดขนาดได้ง่ายๆ ตามความเค้นเฉือนที่อนุญาต

จุดศูนย์กลางแรงเฉือน
สำหรับโครงสร้างที่กำหนด จุดศูนย์กลางแรงเฉือนคือจุดในอวกาศที่สามารถใช้แรงเฉือนได้โดยไม่ทำให้เกิดการเสียรูปจากการบิด (เช่น การบิด) ของหน้าตัดของโครงสร้าง[ 4 ]จุดศูนย์กลางแรงเฉือนเป็นจุดสมมติ แต่ไม่เปลี่ยนแปลงตามขนาดของแรงเฉือน - เปลี่ยนแปลงเฉพาะหน้าตัดของโครงสร้างเท่านั้น จุดศูนย์กลางแรงเฉือนจะอยู่ตามแกนสมมาตรเสมอ และสามารถหาได้โดยใช้วิธีต่อไปนี้: [ 3 ]
- ใช้แรงเฉือนลัพธ์ใดๆ ก็ได้
- คำนวณการไหลแบบเฉือนจากแรงเฉือนนี้
- เลือกจุดอ้างอิงที่อยู่ห่างจากจุดที่แรงกระทำเป็นระยะทางe ใดๆ
- คำนวณโมเมนต์รอบจุด o โดยใช้ทั้งกระแสเฉือนและแรงเฉือนลัพธ์ แล้วเทียบสมการทั้งสอง จากนั้นแก้หาค่าe
- ระยะทางeและแกนสมมาตรจะให้พิกัดของจุดศูนย์กลางแรงเฉือน โดยไม่ขึ้นอยู่กับขนาดของแรงเฉือน
การคำนวณการไหลแบบเฉือน
ตามนิยาม การไหลแบบเฉือนผ่านหน้าตัดที่มีความหนา t คำนวณได้โดยใช้โดยที่ดังนั้นสมการสำหรับการไหลแบบเฉือนที่ความลึกเฉพาะในหน้าตัดเฉพาะของโครงสร้างผนังบางที่สมมาตรตามความกว้างคือ
- [ 2 ]
ที่ไหน
- qการไหลแบบเฉือน
- V yคือแรงเฉือนที่ตั้งฉากกับแกนกลางxที่หน้าตัดที่สนใจ
- Q xคือโมเมนต์แรกของพื้นที่ (หรือโมเมนต์สถิต) รอบแกนกลางxสำหรับหน้าตัดของโครงสร้างเหนือระดับความลึกที่พิจารณา
- I xคือโมเมนต์ที่สองของพื้นที่ (หรือโมเมนต์ความเฉื่อย) รอบแกนกลางxของโครงสร้าง (ซึ่งเป็นฟังก์ชันของรูปทรงของโครงสร้างเท่านั้น)
ในกลศาสตร์ของไหล

ในกลศาสตร์ของไหลการไหลแบบเฉือนหมายถึงแรงเฉือนต่อหน่วยความยาว แต่ในกลศาสตร์ของไหลการไหลแบบเฉือน (หรือการไหลแบบเฉือน ) หมายถึงชั้นของไหลที่อยู่ติดกันเคลื่อนที่ขนานกันด้วยความเร็วที่ต่างกัน ของไหล ที่มีความหนืดจะต้านทานการเคลื่อนที่แบบเฉือนนี้ สำหรับของไหลแบบนิวตันแรงเค้นที่ของไหลออกแรงต้านทานต่อการเฉือนจะเป็นสัดส่วนกับอัตราการเปลี่ยนแปลงความเครียดหรืออัตราการเฉือน
ตัวอย่างง่ายๆ ของการไหลแบบเฉือนคือการไหลแบบคูเอตต์ (Couette flow ) ซึ่งของเหลวถูกกักอยู่ระหว่างแผ่นขนานขนาดใหญ่สองแผ่น และแผ่นหนึ่งเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสัมพัทธ์กับอีกแผ่นหนึ่ง ในกรณีนี้ อัตราการเปลี่ยนแปลงรูปร่าง (strain rate) ก็คือความเร็วสัมพัทธ์หารด้วยระยะห่างระหว่างแผ่นทั้งสอง
การไหลแบบเฉือนในของเหลวมีแนวโน้มที่จะไม่เสถียรที่เลขเรย์โนลด์ สูง เมื่อความหนืดของของเหลวไม่เพียงพอที่จะลดการรบกวนต่อการไหล ตัวอย่างเช่น เมื่อของเหลวสองชั้นเฉือนกันด้วยความเร็วสัมพัทธ์อาจเกิด ความไม่เสถียรของเคลวิน-เฮล์มโฮลทซ์ขึ้นได้
หมายเหตุ
- ^ a b Higdon, Ohlsen, Stiles และ Weese (1960), กลศาสตร์ของวัสดุ , บทความ 4-9 (ฉบับที่ 2), John Wiley & Sons, Inc., นิวยอร์ก. หอสมุดแห่งชาติสหรัฐอเมริกา CCN 66-25222
- ^ a b c d "กลศาสตร์และวัสดุการบินและอวกาศ" . TU Delft OpenCourseWare . TU Delft . สืบค้นเมื่อ22 พฤศจิกายน 2016 .
- ^ a b c Weissar, Terry A. (2009). โครงสร้างอากาศยาน: บทนำสู่ปัญหาพื้นฐานเวสต์ลาฟาแยตต์ หน้า 140
{{cite book}}: CS1 maint: ไม่พบตำแหน่งผู้เผยแพร่ ( ลิงก์ ) - ^ Lagace, Paul A. (2001). "กลศาสตร์โครงสร้าง" . MIT OpenCourseWare . MIT . สืบค้นเมื่อ21 พฤศจิกายน 2016 .
ลิงก์ภายนอก
- แรงเฉือนในแนวนอน
- การไหลแบบเฉือน
สรุปเนื้อหา
ข้อมูลสำคัญจากบทความ
ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ การไหลแบบเฉือน
ใน กลศาสตร์ของแข็ง การไหลแบบเฉือนคือ ความเค้นเฉือน ตามระยะทางในโครงสร้างผนังบาง [ 1 ] ในพลศาสตร์ ของไหล การไหลแบบเฉือน คือการไหล ที่เกิด จากแรงในของไหล
ในกลศาสตร์ของแข็ง
สำหรับโปรไฟล์ผนังบาง เช่น คานหรือโครงสร้าง กึ่งโมโนโคก การกระจาย ความเค้นเฉือน ตามความหนาสามารถละเลยได้ [ 2 ] ยิ่งไปกว่านั้น ไม่มีความเค้นเฉือนในทิศทางตั้งฉากกับผนัง มีเพียงทิศทางขนานเท่านั้น [ 2 ] ในกรณีเหล่านี้ การแสดงความเค้นเฉือนภายในเป็นการไหลเฉือน...
ต้นทาง
เมื่อมีแรงตามขวางกระทำต่อคาน ผลที่ได้คือความเค้นดัดปกติที่เปลี่ยนแปลงไปตามความยาวของคาน ความเปลี่ยนแปลงนี้ทำให้เกิดความเค้นเฉือนในแนวนอนภายในคานซึ่งแปรผันตามระยะห่างจากแกนกลางของคาน...
แอปพลิเคชัน
แนวคิดของการไหลเฉือนมีประโยชน์อย่างยิ่งเมื่อวิเคราะห์โครงสร้างกึ่งโมโนโคก ซึ่งสามารถทำให้เป็นอุดมคติได้โดยใช้แบบจำลองผิว-คาน ในแบบจำลองนี้ สมาชิกตามยาวหรือคานจะรับเฉพาะความเค้นตามแนวแกน ในขณะที่ผิวหรือเว็บจะต้านทานแรงบิดและแรงเฉือนที่กระทำจากภายนอก [ 3 ]...