Kaj je strižna obremenitev?

Strižna obremenitev je sila, ki povzroči strižno napetost, ko se nanese na konstrukcijski element. Strižna napetost, ki je sila na enoto površine, se pojavi v ravnini, pravokotni na normalno napetost; nastane, ko poskušata dve ravnini istega predmeta zdrsniti ena mimo druge. Inženirji morajo izračunati strižno obremenitev konstrukcij, da se prepričajo, da ne pride do mehanskih okvar. Previsoka obremenitev lahko povzroči popuščanje ali trajno deformacijo materiala.

Običajne napetosti nastanejo, ko je material napet ali stisnjen. V tem primeru sta obe uporabljeni sili vzdolž iste osi. Če se sile uporabljajo vzdolž različnih osi, bodo poleg normalnih napetosti še strižne napetosti. Kvadratni element materiala bo doživljal sile, ki ga nagibajo k nagnjenju v paralelogram. Povprečna strižna napetost v materialu je enaka strižni obremenitvi, deljeni z zadevno površino prečnega prereza.

Medtem ko je strižna napetost sila na enoto površine, se strižna obremenitev na splošno nanaša le na samo silo. Zato so ustrezne enote enote sila, najpogosteje newtoni ali funti-sila. Ko se na omejen material uporabi strižna obremenitev, je reakcijska sila odgovorna za ohranjanje materiala v mirovanju. Ta reakcijska sila predstavlja “drugo” uporabljeno silo; v kombinaciji z reakcijsko silo lahko ena sama sila povzroči strižne napetosti.

Strižna obremenitev je pomembna pri izračunu napetosti znotraj nosilca. Euler-Bernoullijeva enačba žarka povezuje strižno obremenitev z upogibnim gibanjem po celotnem nosilcu. Upogibni moment je vrtilni navor, ki povzroči odklon žarka. Največja dovoljena obremenitev nosilca je povezana tako z materialom kot z geometrijo nosilca – debelejši nosilci iz močnejših materialov lahko prenesejo večje strižne obremenitve.

Ko sile povzročijo, da notranje napetosti postanejo previsoke, se material popusti. Popuščanje trajno spremeni sproščeno obliko in velikost materiala, kot se zgodi, ko je material brez zunanjih sil. Sponko za papir lahko enostavno ročno pripeljete do točke tečenja. Popuščanje ne samo da izkrivlja geometrijo materiala, ampak lahko naredi materiale bolj dovzetne za lom. Obvladovanje tega tveganja je ključnega pomena za gradbene in strojne inženirje.

Odločitev, kateri materiali so najmočnejši ali imajo najvišje točke popustljivosti, je lažje narediti s poskusom kot s teoretično analizo. Splošno znano je na primer, da lahko jeklo prenaša več notranjih napetosti kot aluminij. Razlaga, zakaj je temu tako, je predmet več konkurenčnih teorij. Nekatere od teh teorij poudarjajo strižno napetost kot temeljno za razlago, kdaj bodo materiali popustili.