剪切应力或切向应力是在力导致材料层彼此平行滑动时产生的。它在物理学和工程学中必不可少，有助于预测材料的变形和失效。本博客介绍了它的定义、公式和实际应用。
什么是剪应力？
剪切应力是一种应力，当施加的力与物体表面相切时就会发生这种应力。在剪切应力期间，力施加在材料内的平面上，该力导致这些平面相互滑动。下图表示剪切应力：
剪应力符号
剪切应力用符号“Ꚍ”表示。发音为tau。
剪应力公式
在这里，
Ꚍ = 剪切应力
F = 施加力
A = 受力面积
剪应力单位
剪切应力的单位与应力的单位相同，即 Pa。它等于 N/m2.
剪应力示例
几乎每天的每一项活动都会涉及剪切应力。例如，用牙齿嚼口香糖。力沿与表面平行的方向施加，因此平面相互滑动。剪切应力导致卡片相互滑动，如下图所示。
什么是剪切载荷
力沿加载轴切线施加到试样上，但不通过试样中心。负载垂直作用在试样上。这种力在应用中容易导致水平滑动失效。在弯曲的情况下，施加剪切负载，从而产生剪切应力。
固体力学中的剪应力
固体力学中的剪应力是材料内部对所施加的剪切载荷的抵抗力。它对于梁、轴等的分析和材料变形非常重要。
弹性和塑性变形中的剪应力
在弹性变形中，剪应力会引起暂时变形，这意味着材料可以回到其原来的位置。
Ꚍ = G.γ
G 是剪切模量， γ 是剪应变。
而在塑性变形中，剪应力会引起永久变形。
如何计算剪应力
要计算剪切应力，首先需要计算导致平面相互滑动的力以及该力作用下的面积。例如，如果在 50 米的板上施加 0.03N3 面积，则剪切力为
剪应力方程
Ꚍ = 1666 帕斯卡 = 1.6 千帕
粘度和剪切应力
粘度阻碍液体流动。它阻碍液体颗粒的运动或形状的改变。例如，水的粘度较低，为 1mPas，这意味着它的形状很容易改变，或者由于粘度非常低而流动得很快。
粘度是对由于施加的剪切应力而引起的材料变化的抵抗力。
横向剪应力
由于弯曲而产生的剪应力被视为横向剪应力。它通常发生在由于垂直施加载荷而产生的梁中。
剪应力与法向应力
以 90 度角施加到表面的力o 与表面相交的力会在体内产生正应力，而与表面相切的力会在体内产生剪应力。
拉伸应力与剪切应力
拉伸应力是对拉力或拉伸力（即垂直于物体表面的力）的内部抵抗。
如果力平行于横截面施加，则产生的应力就是剪应力。
剪切应力与剪切强度
这些术语是相互关联的。剪切应力是由于切向施加到表面的力而产生的。剪切强度是物体抵抗由于剪切应力而产生的变形的能力。
如何找到剪切应力
计算施加的力（F）和横截面积（A）以找到剪切应力。
测量剪切应力的方法
理论上，要测量剪切应力，可使用莫尔圆（图解法）。但实际上，测量剪切应力的方法有很多种。在大多数实验室中，应变计会应用于受剪切应力的样本。应变计会显示随样本变形的剪切应力值。
剪切应力对材料的影响
剪切应力会导致结构缺陷，例如层压复合材料的分层、梁的屈曲和粘合板的解体。最终，剪切应力会导致产品失效。
钢材的剪应力
这取决于等级、类型、剪切速率等，但对于低碳钢，剪切应力为 150MPa，对于高强度钢，剪切应力为 420 MPa。
铝的剪切应力
纯铝的剪切应力为 30 MPa，而合金（例如 6061 Al）的剪切应力为 150 MPa。
钛的剪切应力
Ti 是最坚固的材料之一，并且比其他材料表现出相对较高的剪应力，例如，Ti-3Al-2.5V 的剪应力为 360 MPa。
工程应用中的剪应力
在工程应用中，掌握与剪切应力相关的信息非常重要，因为它决定了材料的失效标准。例如，剪切应力提供的信息包括多大的剪切载荷会导致曲轴、齿轮等失效。
结构工程中的剪应力
结构工程包括紧固件、密封件、梁等产品。在这些应用中，设定这些部件的负载极限，剪切应力至关重要。
机械工程中的剪应力
机械工程是指汽车工业、能源行业、航空航天工业等。在这些领域中，为这些领域的组件制定安全标准非常重要。剪切应力有助于在设计和应用中制定这些标准。
剪应力在流体力学中的应用
下面讨论剪切应力在流体力学中的应用。
管道流动中的剪切应力
它的计算方式为
µ= 流体粘度
du/dy=速度梯度
剪切应力对于管道中的流体输送非常重要，因为它为流量与压力的关系提供了表达式。
微流体装置中的剪切应力
在微流体装置中，剪切应力由流体流动注入产生。它在这些装置中很重要，因为它有助于控制小管内的流体流动和粒子行为。这些装置通常用于医疗、生物研究、环境监测等。