例題集

曲げ(8)

知識・記憶レベル   難易度: ★★★
はりを曲げたときに発生するせん断応力は,せん断力$V$ を用いて一般に, $\tau_{xz}$=$\frac{V}{b_{z_{1}}I_{y}}\int_{z_{1}}^{h_{1}}b_{z}zdz$=$\frac{V}{b_{z_{1}}I_{y}}\int{zdA}$ で求められる. 長方形断面の場合,最大せん断応力は,平均せん断応力の$1.5$倍となることを証明せよ. %=image:/media/2015/01/15/142125511007347000.png:
長方形断面であるため,幅$b_{z_1}$はどこをとっても$b$である. 微小要素を$z_1$から$h/2$まで積分する. \[ \begin{align} \tau_{xz}&=\frac{V}{b_{z_1}I_y}\int_{z_1}^{h_1}b_zzdz=\frac{V}{b\left(\frac{1}{12}bh^3\right)}\int_{z_1}^{\frac{h}{2}}bzdz\\ &=\frac{12V}{b^2h^3}b\int_{z_1}^\frac{h}{2}zdz\\ &=\frac{12V}{bh^3}\left[\frac{1}{2}z^2\right]_{z_1}^{\frac{h}{2}}\\ &=\frac{3}{2}\frac{V}{bh}\left\{1-\left(\frac{2_{z_1}}{h}\right)^2\right\}\\ \end{align} \] $z_1=0$を代入して最大せん断応力を求める. \[ \tau_{xz,z_1=0}=\frac{3}{2}\left(\frac{V}{bh}\right) \] ここで,平均せん断応力は$V/bh$で求まることから, \[ \tau_{xz,z_1=0}=\frac{3}{2}\left(\frac{V}{bh}\right)=\frac{3}{2}\tau_{mean} \] 証明終わり