由于承受扭转应力的圆轴具有轴对称的特性而使其能够保持横截面的完整性。这种对称性确保了应力的均匀分布,使得轴能够在承受扭转的情况下不发生变形。相比之下,缺乏这种轴对称性的方形杆在受到扭转时,除了沿对角线和连接中点的线以外,整个横截面都会出现明显的变形。对方形杆在横截面拐角处的立方体单元进行详细的检查后可以发现,其朝外的侧面(杆外部的一部分)是没有应力的。这表明了这些表面和横截面拐角处的应力为零,从而能够得出结论:在这类杆中,剪应力不随与轴线之间的距离呈线性分布。
这可以推广到具有矩形横截面的杆。在这种情况下,剪切应力能够沿着位于杆上较宽面的中心线达到峰值。这一最大应力和扭转角度取决于杆的尺寸,特别是其较宽面和较窄面的宽度。对于这些参数的确定通常会涉及到特定的系数,即 c_1 和 c_2,它们是根据钢筋表面尺寸的比例来进行计算的。
该计算突出了杆的几何特性与其对扭转载荷响应之间的关系,同时还强调了在评估材料发生扭转行为时考虑其形状和尺寸的重要性。
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