go to jove.com

HIGH SCHOOL

Engineering

Concept Videos

Mechanical Engineering

This is a free preview. For full access

Torsion

Torque and Shear in a Twisted Shaft

Description

A shaft under torque develops internal shear forces as it twists. In this setup, equal and opposite torques act on the shaft PQ. To study the effect, a section is cut perpendicular to the shaft axis at an arbitrary point R.

The free-body diagram of the QR segment shows the shearing forces applied...

Transcript

当轴PQ两侧受到大小相等、方向相反的扭矩作用时,该轴会发生扭转变形。

考虑通过任意点 R 且垂直于轴线的横截面。部分 QR 的受力图显示了当轴发生扭转变形时,部分 PR 作用在 QR 上的剪切力。

将平衡方程应用于 QR 段,可以证明该截面内的剪切力与内扭矩相关。其中,r 表示从轴线到剪切力的垂直距离。

现在考虑轴的一个微小面积单元,该处的剪切力可表示为剪切应力与面积单元的乘积。

通过代入该关系式,可得到以剪切应力表示的扭矩表达式。

该关系式必须满足轴在任意横截面上的剪应力要求,但它并未提供关于这些应力在横截面上分布情况的信息。

弹性轴中剪应力的分布仅通过静力学无法确定,需要结合变形分析。