shear stress是什麼意思，shear stress的意思翻譯、用法、同義詞、例句

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專業解析

剪切應力（Shear Stress） 是材料力學和流體力學中的核心概念，指作用于材料截面或流體層平行方向的應力分量。當物體受到一對大小相等、方向相反但不共線的平行力作用時，其内部産生的抵抗截面間相互滑移的内力，即為剪切應力。其本質是材料或流體抵抗層間滑移或錯動變形的能力。

核心要點解析：

1. 定義與公式：

   • 剪切應力通常用符號τ (tau) 表示。
   • 在簡單剪切情況下（如兩塊平行闆間充滿流體，一闆固定，另一闆受平行力拖動），平均剪切應力計算公式為： $$ tau = frac{F}{A} $$ 其中：
     • F 是施加的平行于截面的剪切力 (Shear Force)，單位為牛頓 (N)。
     • A 是力所作用的橫截面積，單位為平方米 (m²)。
   • 因此，剪切應力的國際單位是帕斯卡 (Pa)，即 N/m²。

2. 方向特性：

   • 與正應力（Normal Stress）（垂直于截面，引起拉伸或壓縮）不同，剪切應力的方向平行于它所作用的截面。
   • 正是這種平行于截面的作用方式，導緻材料或流體層之間産生相對滑動或錯動的趨勢。

3. 工程應用實例：

   • 機械連接： 螺栓、鉚釘、銷釘等承受剪切力時，其橫截面上主要産生剪切應力。設計時需要确保其剪切強度足夠。例如，評估螺栓在連接兩塊鋼闆時抵抗被剪斷的能力。
   • 梁的彎曲： 梁在橫向載荷作用下發生彎曲時，其橫截面上不僅存在彎曲正應力，還存在剪切應力，尤其在靠近支座處或截面高度突變處更為顯著。這會影響梁的強度和變形。
   • 流體流動： 在流體（尤其是粘性流體）中，當相鄰流層以不同速度運動時，由于流體的粘性，會在流層之間産生剪切應力。牛頓流體遵循牛頓粘性定律： $$ tau = mu frac{dv}{dy} $$ 其中：
     • μ 是流體的動力粘度。
     • dv/dy 是垂直于流動方向的速度梯度（剪切率）。
   • 金屬成形： 沖壓、軋制、擠壓等加工過程中，材料内部産生複雜的剪切應力場，是導緻塑性變形的主要因素之一。
   • 地質學： 地殼闆塊運動、斷層活動等地質現象中，岩石承受巨大的剪切應力，可能導緻斷裂（地震）。

4. 材料行為與失效：

   • 材料抵抗剪切變形的能力稱為剪切強度（Shear Strength）。
   • 當材料内部的剪切應力超過其剪切屈服強度時，材料會發生塑性變形（屈服）。
   • 當剪切應力超過其極限剪切強度時，材料會發生剪切失效，表現為沿剪切面斷裂（剪斷）。例如，用剪刀剪紙時，紙就是在剪刀刃口處被剪應力切斷。

權威參考來源：

• MIT OpenCourseWare - Mechanics of Materials: 提供剪切應力的基礎定義、公式推導以及在梁彎曲等場景中的應用講解。(來源：MIT OCW)
• NASA - Structures and Materials Technical Discipline Team: 包含航空航天領域中結構部件（如緊固件、梁）承受剪切應力的分析與設計準則。(來源： NASA Technical Reports Server (NTRS))
• ASM International - Materials Information: 提供各類工程材料（金屬、陶瓷、聚合物、複合材料）的剪切性能數據（如剪切模量、剪切強度）及其測試标準。(來源： ASM Handbooks Online)

網絡擴展資料

剪切應力（shear stress）是材料力學和流體力學中的基礎概念，表示材料内部因平行于截面的力作用而産生的應力。以下是詳細解釋：

定義

剪切應力指當兩個相鄰材料層發生相對滑動時，在接觸面上産生的單位面積内抵抗滑動的力。其方向與力的作用面平行，與正應力（垂直于作用面）形成對比。

計算公式

剪切應力（τ）的基本計算公式為： $$ τ = frac{F}{A} $$ 其中：

• $F$ 為施加的剪切力（單位：牛頓，N）
• $A$ 為受力面積（單位：平方米，m²） 單位是帕斯卡（Pa，即N/m²）。

典型場景

1. 固體材料
   如金屬梁受橫向載荷時，橫截面上會産生剪切應力分布。例如工字梁腹闆承受的剪切應力最大。

2. 流體力學
   粘性流體（如機油）在管道中流動時，流體層間的速度差異會導緻剪切應力，牛頓流體滿足 $τ = μ cdot frac{du}{dy}$（μ為粘度，du/dy為速度梯度）。

3. 地質運動
   地殼闆塊間的剪切應力積累到臨界值時，可能引發斷層錯動或地震。

工程應用

• 機械設計：螺栓、鉚釘等連接件的抗剪強度計算
• 生物醫學：血管壁承受的血液流動剪切應力影響内皮細胞功能
• 材料測試：通過剪切試驗測定材料的剪切模量（剛度）

相關概念

• 剪切應變：材料因剪切應力産生的角度變形量（單位：弧度）
• 剪切強度：材料能承受的最大剪切應力，超過此值會導緻剪切失效

該概念在結構安全分析、流體設備優化等領域具有核心重要性。

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