vääntyminen

Vääntyminen on kiinteän kappaleen torsionaalinen deformaatio, jonka aiheuttaa kiertomomento (T) akselin ympäri. Torsio saa kappaleen poikkipinnat kiertymään toistensa suhteen akselin ympäri, jolloin muodostuu leikkausjännityksiä poikkipinnan alueelle. Vääntyminen on erillinen muodonmuutosmuoto taivutuksesta tai puristuksesta, ja se esiintyy erityisesti pitkissä, akselisissa kappaleissa.

Tyypillisiä kohteita ovat akselit, holkit, putket sekä rakennus- ja koneosat, joissa kiertomomentteja siirretään. Syy voi olla ulkoinen voima, väärä kiinnitys sekä lämmön- ja kosteuden vaihtelu puussa ja komposiitteissa. Vääntyminen voi olla elastista tai johtaa pysyvään muodonmuutokseen, sekä aiheuttaa väsymistä, jos torsio tapahtuu toistuvasti.

Teoria ja laskenta: Pyöreän poikkileikkauksen torsiossa leikkausjännitys tau on tau = T r / J, jossa T on kiertomomento, r on etäisyys akselilta ja J on polarinen momentti. Kiertymän jaksonopeus dθ/dx = T / (G J) ja kokonaiskierto θ = T L / (G J), missä G on leikkausmoduuli. Poikkileikkauksesta riippuen J lasketaan; pyöreän putken J = π d^4 / 32. Monimutkaisemmissa poikkileikkauksissa ratkaisu vaatii Saint-Venantin torsio.

Merkitys ja suunnittelu: Vääntyminen vaikuttaa jännityksiin, muodonmuutoksiin ja mahdolliseen väsymykseen. Suunnittelussa minimoidaan kiertomomentti tai lisätään jäykkyyttä, valitaan sopivat materiaalit ja geometria sekä käytetään tukia, jotta kiertymä pysyy ohjeiden mukaisena. Vääntyminen voidaan testata ja mitata kiertoa mittaamalla.