Физический энциклопедический словарь
КРУЧЕНИЕ
Деформация, возникающая в стержне при приложении к его концу (торцу) системы сил, к-рая приводится к паре сил с вектором момента вдоль оси стержня, т. е. к крутящему моменту.
Для стержня круглого сечения радиуса а используется гипотеза плоских сечений: поперечное сечение остаётся плоским, радиальные волокна остаются прямыми и углы между ними не изменяются. Точки стержня перемещаются по окружности вокруг оси, что приводит к сдвигу 7 между продольным и окружным волокнами, к-рый вызывает касат. напряжение т в поперечном сечении, направленное перпендикулярно радиусу. Суммарный момент этих напряжений равен приложенному крутящему моменту М, т. е.
Характерной деформацией стержня в целом явл. погонный угол закручивания (крутка) q, равный относит. повороту поперечных сечений, расстояние между к-рыми вдоль оси равно единице. При этом сдвиг g=qr, где r — расстояние от оси.
В упругом стержне
где Iр=pа4/2 — полярный момент инерции сечения, G — модуль сдвига, GIр — жёсткость стержня при К.
Распределение касат. напряжений в круглом поперечном сечении: а — для упругого стержня; б — для упруго-пластич. стержня; в — остаточные напряжения.
Касат. напряжения распределены линейно по радиусу (рис., а). Наибольшее касат. напряжение tмакс=Mа/Ip. Оно достигает значения предела текучести при сдвиге ts при крутящем моменте Ms=Ipts/a. При M>Ms в части стержня, примыкающей к боковой поверхности, возникают пластич. деформации, а центр. часть стержня остаётся упругой. Ф-лы (*) при этом неприменимы. Касат. напряжения распределены по радиусу нелинейно (рис., б), а при снятии крутящего момента возникают остаточные напряжения (рис., в). Вследствие Сен-Венана принципа приведённые решения точны в частях стержня, удалённых от торцов на расстояние более 2 а, независимо от способа реализации крутящего момента.
Разработаны методы решения задач о К. стержней некругового сечения, в к-рых гипотеза плоских сечений неверна, а также развита теория К. тонкостенных стержней с произвольной формой поперечного сечения.