剪切強度
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剪切強度(Shear strength)是工程學名詞,是一個描述物質對抗剪切力強度的專有名詞,也就是物質在承受剪切力時會出現降伏或是結構失效(英語:structural failure)時的剪切力強度。剪切力是二個彼此平行,方向相反的力,當用剪刀剪紙張時,紙張就是因為剪切力而剪開。
在結構工程及機械工程中,設計許多零件或是結構的尺寸時,需要考慮材料的剪切強度,例如梁、淺基礎(英語:Shallow foundation)及螺絲都是要考慮剪切強度的零件。若是鋼筋混凝土梁,會用肋筋(Stirrups)來增強梁的剪切強度。
剪應力的計算方式如下
其中
是最大主應力及
是最小主應力
一般而言,:延性材料(例如鋁)會因為剪切力而失效,而脆性材料(例如鑄鐵)會因為伸張力而失效,細節可參考極限抗拉強度。
若要計算剪切強度,假設失效的力是F,已知抵抗施力的面積(例如承受剪力的螺栓截面),極限剪切強度()為:
比較
以下是各材料的抗拉強度、降伏強度及剪切強度的大略比較[1]:
More information 材料, 和極限強度(UTS)的關係 ...
材料 | 和極限強度(UTS)的關係 | 和降伏強度(TYS)的關係 |
---|---|---|
鋼 | USS約為0.75*UTS | SYS約為0.58*TYS(英語:von Mises yield criterion) |
球墨鑄鐵 | USS約為0.9*UTS | SYS約為0.75*TYS |
展性鑄鐵(英語:Malleable Iron) | USS約為1.0*UTS | |
鍛鐵 | USS約為0.83*UTS | |
鑄鐵 | USS約為1.3*UTS | |
鋁和鋁合金 | USS約為0.65*UTS | SYS約為0.55*TYS |
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USS:極限剪切強度,UTS:極限抗拉強度,SYS:剪切降伏強度,TYS:抗拉降伏強度
為了要從試樣中得到剪切強度的值,有許多不同的測試標準,包括不同的材料種類及測試條件。美國量測剪切強度的ASTM標準有ASTM B831、D732、D4255、D5379及D7078。國際上的ISO測試標準有ISO 3597、12579及14130[3]。
參考資料
- Watson, DC. Mechanical Properties of E293/1581 Fiberglass-Epoxy Composite and of Several Adhesive Systems (PDF) (技術報告). Wright-Patterson Air Force, Ohio: Air Force Wright Aeronautical Laboratories: 16. May 1982 [24 October 2013]. (原始內容存檔 (PDF)於2018-10-24).
- S. Grynko, "Material Properties Explained" (2012), ISBN 1-4700-7991-7, p. 38.
相關條目
- 剪切模量
- 剪應力
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- 剪切強度 (土壤)(英語:Shear strength (soil))
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- 極限抗拉強度