Prehľad
Torzia alebo krútenie v mechanike tuhých telies označuje deformáciu spôsobenú pôsobením krútiaceho momentu (torque). Pri čistom krútení sa materiál otáča okolo svojej pozdĺžnej osi, pričom vnútorné vrstvy sa posúvajú jedna voči druhej, čo vytvára strihové napätie. Základné modely predpokladajú lineárne elastické materiály a prierezy, ktoré nevyžadujú ďalšie komplikované deformácie ako warping.
Základné vzorce a veličiny
Pre kruhové prierezy je lokálne smykové napätie úmerné polomeru a dané vzťahom: τ_θz = T · r / J. Torzia teda vytvára rozloženie napätia, ktoré je nulové v osi a najväčšie pri vonkajšom polomere. Vizuálnu schému zobrazuje obrázok nižšie. 
Uhol stočenia (sklon konárov hriadeľa) pre homogénny prút dĺžky L je priamoúmerný veľkosti krútiaceho momentu a dĺžke, a nepriamoúmerný polárnemu momentu a modulnu strihu: θ = T · L / (J · G). Obrázok nižšie ilustruje vzťah medzi aplikovaným momentom a výsledným uhlom.
- T — krútiaci moment (torque)
- r — vzdialenosť od neutrálnej osi (polomer)
- J — polárny moment zotrvačnosti prierezu (polar moment of inertia)
- G — modul pružnosti v strihu (shear modulus)
- L — dĺžka prúta alebo hriadeľa
Vlastnosti a obmedzenia
Rovnice uvedené vyššie sú presné pre rovinné kruhové prierezy a pri elastickom, lineárnom správaní materiálu. Pre nepravidelné alebo duté prierezy sa rozloženie smykového napätia mení a môže vzniknúť aj warping (prerezávacie krútenie), ktoré vyžaduje pokročilejšie riešenie. Pri tenkostenných rúrkach sa namiesto J často pracuje s konceptom šmykovej sily a toku šmyku.
Historický kontext a teória
Teória krútenia sa vyvíjala v 18. a 19. storočí spolu s rozvojom pevnostnej mechaniky. Základné princípy lineárnej elastickej torzie rozpracoval napríklad Saint-Venant; dôležité sú aj práce o limitoch pevnosti materiálov a o správaní pri plastickej deformácii. Dnes sú pre návrh využívané analytické vzorce a numerické metódy (napr. metóda konečných prvkov) pre komplikovanejšie geometrie.
Použitie a príklady
Torzia je kľúčová pri návrhu hriadeľov, spojok, pružín typu torznej tyče, automobilových komponentov a pri skúškach materiálov na krútenie. Prakticky sa hodnotí max. smykové napätie pri vonkajšom polomere, pretože tam vzniká najväčšie riziko prasknutia. V inžinierskej praxi sa často uplatňuje porovnanie torzných a ohybových zaťažení, prípadne kombinácia oboch.
Upozornenia a rozdiely
Je dôležité rozlišovať polárny moment J (pre torziu) od druhého momentu plochy, ktorý sa používa pri ohybe. Pri ne kruhových prierezoch môže byť nutné počítať s priečnym prekrúcaním a s rôznymi bezpečnostnými koeficientmi. Pre bezpečný návrh sa používajú materiálové limity na smyk a kontroluje sa únosnosť proti únavovému praskaniu pri opakovaných krútiacich momentoch.
Ďalšie informácie o princípoch a aplikáciách krútenia sú dostupné v odborných textoch a normách; pre základné vysvetlenie pojmov pozrite odkazy: krútiaci moment, smykové napätie, hriadeľ, polárny moment zotrvačnosti.
