Кручення тонкостінних стержнів відкритого профілю

Кручення відкритого тонкостінного профілю має особливості, яких немає у круглого вала: поперечний переріз загалом депланує, а при обмеженні цієї депланації виникають додаткові внутрішні зусилля та нормальні напруження.

Вільне кручення

Якщо торці та проміжні перерізи можуть вільно депланувати, основну частину крутного моменту описують моделлю Сен-Венанового кручення. Крутильна жорсткість визначається модулем зсуву матеріалу та сталою кручення перерізу.

Депланація перерізу

При повороті відкритого профілю різні точки поперечного перерізу отримують різні поздовжні переміщення. Тому переріз після деформації не залишається плоским. Форма депланації залежить від геометрії профілю.

Обмежене кручення

Якщо депланацію стримують защемлення, діафрагми, вузли або інші конструктивні елементи, виникають додаткові нормальні напруження. Такий стан називають обмеженим або стисненим крученням і його не можна повністю описати лише Сен-Венановою складовою.

Чому відкриті профілі податливі при крученні

Швелери, двотаври та кутики можуть бути ефективними при згині, але мати малу крутильну жорсткість. Через це навіть відносно невеликий крутний момент здатний спричинити значний кут закручування.

Розрахункова схема

Перед розрахунком потрібно визначити, чи може профіль вільно депланувати, де прикладено крутний момент і як закріплені кінці. Саме граничні умови визначають, чи достатня модель вільного кручення або потрібен розрахунок обмеженої депланації.

Ключова ідея: для відкритого тонкостінного профілю важливі не лише крутний момент і поворот перерізу, а й поздовжня депланація та ступінь її обмеження.