从塑性理论得知,理想塑性材料的等截面直杆受扭转达到极限状态时,其横截面上的剪应力分布可用抛物型方程描述,即
其边界条件为:
式中 w
(
x,y
)为应力函数,t
y为剪切屈服极限,S为横截面的边界.
沙堆试验的基本方程为;
式中h为沙堆表面的高度,ζ为抄堆的梯度.因为式(12)和式(14)之间存在比拟关系.故可用沙堆来模拟这种全塑性扭转的应力分布问题.这时.沙堆的梯度相当于t
y3沙堆的高度分布h(x,y)相当子应力函数
ψ(x,y)。根据应力函数与剪应力的关系式,以及(12)和(14)式的比拟关系,得:
则直杆所受的扭矩为:
式中A为杆件的截面面积,V为沙堆的体积。其数值的两倍和扭矩的数值相当。