四角柱をねじったときの最大応力箇所

質問

四角柱（正方形断面）を軸回りに捩じった時、最大せん断応力が側面の中心線上に現れるとのことで、確かに解析してもその通りになりました（添付図参照）。解析結果の最大主応力方向の分布から、隣合う断面間にせん断の力が働いていることがわかります。面の中心でねじれ角が最大になるからとか、軸から近い方がより捻じれるとか、面の中心線上で湾曲が最大になるとか、結果としての現象はいろんなサイトで紹介されていますが、何でそのような変形になるのか、その理由が直感的にわからないんです。４隅ではせん断がゼロになるというのもいまいちイメージできません。円断面のときは直感的にわかりやすいのですが、正方断面のときはどのようにこのねじれ変形をイメージするれば良いのかどなたか教えてください。よろしくお願いいたします。

回答No.2

hahaha8635

フラットーバーをねじるとそんな感じになるのはわかると思います
（金指でもねじるとおなじ）
それをだんだん厚みをつけていけば　そんな感じになると思います

各点で起きる変形圧力を　脳みそで処理できれば
理解できますよ
まあ、それをコンピュータが出してくれてるだけだが

補足

ご回答ありがとうございました。いろいろイメージしようとしているのですが、脳みそが弱いせいかOKWaveさんに頼ってしまいました。もう一度考えてみます。

回答No.1

iijijii

全く知りませんでした。
興味深いお題をありがとうございます。
確かに直感的にはエッジ付近のせん断力が強そうな気がしました。

そこで自分を納得させるために添付のような断面の柱を思い浮かべてみました。
これだと四隅の小さい円にねじれによるせん断力があまり加わらないのが直感で理解できると思います。
小さい円にはせん断より引張が加わるので材質によっては端から破壊されることもありそうです。

補足

iijijiiさん、四隅に円柱を置いて考えるって素晴らしい考えたと思いました。確かにそのように考えると、四隅の円柱には引張が作用するのがイメージできます。でも四角柱をねじった場合は、最大せん断応力ピークと同じ場所（面の中心線上）で最大主応力がピークになるという結果も出ているんです。それは最大せん断応力があまりに大きいから、主応力（方向は45度ずれてますが）も大きくなるって考えればいいのでしょうか？