I
Круче́ние (в сопротивлении материалов)
вид деформации, характеризующийся взаимным поворотом поперечных сечений стержня, вала и т. д. под влиянием моментов (пар сил), действующих в этих сечениях. Поперечные сечения круглых стержней (валов) при К. остаются плоскими; при К. призматических стержней происходит т. н. депланация сечения (последнее не будет плоским). Если депланация в разных сечениях различна, то наряду с касательными напряжениями в поперечных сечениях стержня возникают также нормальные напряжения. В этом случае К. называется стеснённым. При свободном К. (когда депланация во всех сечениях одинакова) в поперечном сечении возникают только касательные напряжения.
Наиболее часто встречающимся в практике случаем является К. круглого прямого стержня (рис. 1). В результате действия крутящего момента Мк в поперечных сечениях стержня возникают касательные напряжения τ, а сечения стержня (расстояние между которыми равно l) поворачиваются одно относительно другого на угол закручивания φ. Угол закручивания на единицу длины стержня называют относительным углом закручивания θ. При свободном К. в упругой стадии относительный угол закручивания и наибольшие касательные напряжения τmax определяются по формулам:
,
,
где G - модуль упругости при сдвиге; Iк и Wк - условный момент инерции и момент сопротивления при К. В круглых сечениях Iк представляет собой полярный момент инерции Ip =πr4/2, а Wк - полярный момент сопротивления Wp =πr3/2. Для прямоугольных сечений с большей стороной h и меньшей b: Ik = αhb3, Wk = βhb2, где коэффициенты α и β определяются в зависимости от отношения h/b по таблицам. Для узких сечений h/b ≥ 10) можно принимать а = β ≈1/3.
При К. круглого вала в упругой стадии касательного напряжения распределяются в поперечном сечении по линейному закону (
рис. 2, а) и определяются по формуле
где ρ - расстояние от оси вала до рассматриваемой точки сечения. В упруго-пластической стадии касательные напряжения при К., соответствующие пределу текучести τ
т, распространяются от поверхности к оси вала (
рис. 2, б). В предельном состоянии (См.
Предельное состояние) пластическая зона распределяется до оси вала (
рис. 2, в), при этом предельный крутящий момент для круглого сечения:
Мпред =
(τ
тπ
r 3)
Понятие К. распространяется также и на действие внутренних касательных сил, возникающих при деформации пластинок (См.
Пластинки)
и оболочек (См.
Оболочка).
Лит.: Беляев Н. М., Сопротивление материалов, 12 изд.. М., 1959; Курс сопротивления материалов, 5 изд., ч. 1, М., 1961; Новожилов В. В., Теория упругости, Л., 1958.
Л. В. Касабьян.
Рис. 1. Кручение круглого вала, защемленного одним концом.
Рис. 2. Распределение касательных напряжений в сечении круглого вала: а - в упругой стадии, б - в упруго-пластической, в - в пластической.
II
Круче́ние (матем.)
вторая кривизна, мера отклонения пространственной кривой от соприкасающейся плоскости (См.
Соприкасающаяся плоскость). К. в точке
М кривой определяется следующим образом. Пусть
N - переменная точка кривой, достаточно близкая к
М, β - острый угол между соприкасающимися плоскостями в
М и
N. Угол β считается положительным, если при стремлении точки
N к
М наблюдатель, глядя из
М в
N, будет видеть вращение переменной соприкасающейся плоскости против часовой стрелки; в противном случае угол β считается отрицательным. Предел отношения β/Δ
s, где Δ
s - длина дуги
MN, при неограниченном приближении точки
N к
М называют кручением σ кривой в точке
М:
.