En dinámica de fluidos , el flujo cortante es el flujo inducido por una fuerza en un fluido. En mecánica de sólidos , el flujo cortante es el esfuerzo cortante a lo largo de una distancia en una estructura de paredes delgadas. [1]
Para perfiles de paredes delgadas, como los que atraviesan una viga o una estructura semimonocasco , se puede despreciar la distribución del esfuerzo cortante a lo largo del espesor. [2] Además, no hay tensión cortante en la dirección normal a la pared, solo paralela. [2] En estos casos, puede resultar útil expresar el esfuerzo cortante interno como flujo de corte, que se obtiene como el esfuerzo cortante multiplicado por el espesor de la sección. Una definición equivalente de flujo cortante es la fuerza cortante V por unidad de longitud del perímetro alrededor de una sección de paredes delgadas. El flujo cortante tiene las dimensiones de fuerza por unidad de longitud. [1] Esto corresponde a unidades de newtons por metro en el sistema SI y libras-fuerza por pie en los EE. UU.
Cuando se aplica una fuerza transversal a una viga, el resultado es una variación en los esfuerzos normales de flexión a lo largo de la viga. Esta variación provoca un esfuerzo cortante horizontal dentro de la viga que varía con la distancia desde el eje neutro de la viga. El concepto de cortante complementario dicta entonces que también existe un esfuerzo cortante a través de la sección transversal de la viga, en la dirección de la fuerza transversal original. [3] Como se describió anteriormente, en estructuras de paredes delgadas, la variación a lo largo del espesor del miembro se puede despreciar, por lo que el esfuerzo cortante a través de la sección transversal de una viga que está compuesta de elementos de paredes delgadas se puede examinar como flujo cortante. , o el esfuerzo cortante multiplicado por el espesor del elemento. [2]
El concepto de flujo de corte es particularmente útil cuando se analizan estructuras semimonocasco, que pueden idealizarse utilizando el modelo skin-stringer. En este modelo, los miembros longitudinales, o largueros, soportan sólo tensión axial, mientras que el revestimiento o alma resiste la torsión y la fuerza cortante aplicadas externamente. [3] En este caso, dado que la piel es una estructura de paredes delgadas, las tensiones de corte internas en la piel se pueden representar como flujo de corte. En el diseño, a veces se conoce el flujo de corte antes de determinar el espesor de la piel, en cuyo caso el espesor de la piel puede simplemente dimensionarse de acuerdo con la tensión de corte permitida.
Para una estructura dada, el centro de corte es el punto en el espacio en el que se podría aplicar la fuerza de corte sin causar deformación torsional (por ejemplo, torsión) de la sección transversal de la estructura. [4] El centro de corte es un punto imaginario, pero no varía con la magnitud de la fuerza de corte, solo con la sección transversal de la estructura. El centro de corte siempre se encuentra a lo largo del eje de simetría y se puede encontrar usando el siguiente método: [3]
Por definición, el flujo cortante a través de una sección transversal de espesor t se calcula usando , donde . Por lo tanto, la ecuación para el flujo cortante a una profundidad particular en una sección transversal particular de una estructura de paredes delgadas que es simétrica en todo su ancho es
dónde
A diferencia de la mecánica de sólidos , donde el flujo cortante es la fuerza de tensión cortante por unidad de longitud, en la mecánica de fluidos , el flujo cortante (o flujo cortante ) se refiere a capas adyacentes de fluido que se mueven paralelas entre sí con diferentes velocidades. Los fluidos viscosos resisten este movimiento cortante. Para un fluido newtoniano , la tensión ejercida por el fluido en resistencia al corte es proporcional a la tasa de deformación o tasa de corte .
Un ejemplo simple de flujo cortante es el flujo de Couette , en el que un fluido queda atrapado entre dos grandes placas paralelas y una de ellas se mueve con cierta velocidad relativa a la otra. Aquí, la tasa de deformación es simplemente la velocidad relativa dividida por la distancia entre las placas.
Los flujos cortantes en fluidos tienden a ser inestables con números de Reynolds altos , cuando la viscosidad del fluido no es lo suficientemente fuerte como para amortiguar las perturbaciones del flujo. Por ejemplo, cuando dos capas de fluido se cortan entre sí con velocidad relativa, puede producirse la inestabilidad de Kelvin-Helmholtz .
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