กลับไปหน้าบทความ

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

ตัวอย่างแบบจำลอง Skin Stringer ที่มีการไหลแบบเฉือน

จุดศูนย์กลางแรงเฉือน

สำหรับโครงสร้างที่กำหนด จุดศูนย์กลางแรงเฉือนคือจุดในอวกาศที่สามารถใช้แรงเฉือนได้โดยไม่ทำให้เกิดการเสียรูปจากการบิด (เช่น การบิด) ของหน้าตัดของโครงสร้าง[ 4 ]จุดศูนย์กลางแรงเฉือนเป็นจุดสมมติ แต่ไม่เปลี่ยนแปลงตามขนาดของแรงเฉือน - เปลี่ยนแปลงเฉพาะหน้าตัดของโครงสร้างเท่านั้น จุดศูนย์กลางแรงเฉือนจะอยู่ตามแกนสมมาตรเสมอ และสามารถหาได้โดยใช้วิธีต่อไปนี้: [ 3 ]

  1. ใช้แรงเฉือนลัพธ์ใดๆ ก็ได้
  2. คำนวณการไหลแบบเฉือนจากแรงเฉือนนี้
  3. เลือกจุดอ้างอิงที่อยู่ห่างจากจุดที่แรงกระทำเป็นระยะทางe ใดๆ
  4. คำนวณโมเมนต์รอบจุด o โดยใช้ทั้งกระแสเฉือนและแรงเฉือนลัพธ์ แล้วเทียบสมการทั้งสอง จากนั้นแก้หาค่าe
  5. ระยะทางeและแกนสมมาตรจะให้พิกัดของจุดศูนย์กลางแรงเฉือน โดยไม่ขึ้นอยู่กับขนาดของแรงเฉือน

การคำนวณการไหลแบบเฉือน

ตามนิยาม การไหลแบบเฉือนผ่านหน้าตัดที่มีความหนา t คำนวณได้โดยใช้โดยที่ดังนั้นสมการสำหรับการไหลแบบเฉือนที่ความลึกเฉพาะในหน้าตัดเฉพาะของโครงสร้างผนังบางที่สมมาตรตามความกว้างคือ

[ 2 ]

ที่ไหน

qการไหลแบบเฉือน
V yคือแรงเฉือนที่ตั้งฉากกับแกนกลางxที่หน้าตัดที่สนใจ
Q xคือโมเมนต์แรกของพื้นที่ (หรือโมเมนต์สถิต) รอบแกนกลางxสำหรับหน้าตัดของโครงสร้างเหนือระดับความลึกที่พิจารณา
I xคือโมเมนต์ที่สองของพื้นที่ (หรือโมเมนต์ความเฉื่อย) รอบแกนกลางxของโครงสร้าง (ซึ่งเป็นฟังก์ชันของรูปทรงของโครงสร้างเท่านั้น)

ในกลศาสตร์ของไหล

เมื่อฉีดเอทานอล เข้าไปในตัวกลางกลี เซอรอลที่ มีความหนืด จากด้านขวา จะเกิดกระแสน้ำวน แบบเฉือนขึ้น และไหลไปตามขอบโค้งของ ช่อง อากาศ (หมายเหตุ ช่องอากาศทรงกลมขนาดเล็กไม่ได้อยู่ในเส้นทางการไหล)

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

  1. ^ a b Higdon, Ohlsen, Stiles และ Weese (1960), กลศาสตร์ของวัสดุ , บทความ 4-9 (ฉบับที่ 2), John Wiley & Sons, Inc., นิวยอร์ก. หอสมุดแห่งชาติสหรัฐอเมริกา CCN 66-25222
  2. ^ a b c d "กลศาสตร์และวัสดุการบินและอวกาศ" . TU Delft OpenCourseWare . TU Delft . สืบค้นเมื่อ22 พฤศจิกายน 2016 .
  3. ^ a b c Weissar, Terry A. (2009). โครงสร้างอากาศยาน: บทนำสู่ปัญหาพื้นฐานเวสต์ลาฟาแยตต์ หน้า 140{{cite book}}: CS1 maint: ไม่พบตำแหน่งผู้เผยแพร่ ( ลิงก์ )
  4. ^ Lagace, Paul A. (2001). "กลศาสตร์โครงสร้าง" . MIT OpenCourseWare . MIT . สืบค้นเมื่อ21 พฤศจิกายน 2016 .
  • แรงเฉือนในแนวนอน
  • การไหลแบบเฉือน
ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Shear_flow&oldid=1275338268 "

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 ]...