IMG00056

4. Skręcanie prętów o niekołowych kształtach przekroju poprzecznego

4.1. Skręcanie swobodne i nieswobodne prętów

W przypadku skręcania prętów o przekroju kołowym lub pierścieniowym (wały wydrążone), omówionych w p. 2.3, przekroje poprzeczne skręcanych prętów pozostawały płaskie i nie zmieniały przy tym swego kształtu. W przypadku skręcania prętów o przekroju niekołowym, przekroje poprzeczne nie pozostają płaskie, lecz ulegają spaczeniu (deplanacji).

Jeżeli przy skręcaniu prętów o przekroju niekołowym paczenie się przekrojów poprzecznych nie jest niczym krępowane, mówimy o skręcaniu swobodnym takich prętów. Jeżeli natomiast swobodna deplanacja przekrojów poprzecznych jest w jakikolwiek sposób ograniczona, obok skręcania powstaje zginanie niektórych fragmentów pręta, a oprócz naprężeń stycznych pojawiają się naprężenia normalne, co w sumie zwiększa sztywność pręta, a skręcanie takie nazywamy skręcaniem nieswobodnym. Przykład swobodnego skręcania dwuteownika podano na rys 4 1. W przypadku gdy na swobodne końce dwuteownika działają pary sił o momencie M_s, przekroje poprzeczne nie pozostają w swej płaszczyźnie, lecz ulegają deplanacji, osie podłużne półek obracają się względem osi dwuteownika, lecz tworzące półek pozostają nadal limami prostymi. Dokładniejsze obserwacje wskazują, że odległości między dwoma dowolnymi punktami - znajdującymi się na jednej tworzącej - po przyłożeniu momentu M_s nie ulegają zmianie, co świadczy między innymi o tym, że w pręcie nie występują naprężenia normalne.

Jeżeli na swobodne przekroje końcowe tego samego dwuteownika będą działać momenty skręcające o wartości \M_S, równoważące działanie momentu M_s przyłożonego w przekroju środkowym pręta, to półki dwuteownika ulegną zgięciu w sposób przedstawiony na rys. 4.2a. Wygięcie półek świadczy o występowaniu naprężeń normalnych; oprócz skręcania pewne elementy dwuteownika (np. półki) ulegają zginaniu, niektóre przekroje nie mogą się swobodnie deplanować (np. przekrój poprzeczny położony w połowie długości dwuteownika), mamy więc przypadek skręcania nieswobodnego.

56