剪切強度

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${\displaystyle \tau }$的計算方式如下

${\displaystyle \tau ={\frac {\sigma _{1}-\sigma _{3}}{2}},}$

其中

${\displaystyle \sigma _{1}}$是最大主應力及

${\displaystyle \sigma _{3}}$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（${\displaystyle \tau }$）為：

${\displaystyle \tau ={\frac {F}{A}}={\frac {F}{\pi r_{bolt}^{2}}}={\frac {4F}{\pi d_{bolt}^{2}}}}$

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]：

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

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

材料	極限剪切強度（Ksi）	極限剪切強度（MPa）
玻璃纖維/epoxy （23℃）[2]	7.82	53.9

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

1. 存档副本. [2016-10-19]. （原始內容存檔於2017-05-01）.
2. 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）.
3. S. Grynko, "Material Properties Explained" (2012), ISBN 1-4700-7991-7, p. 38.

相關條目

• 剪切模量
• 剪應力
• 剪應變
• 剪切強度 (土壤)（英語：Shear strength (soil)）
• 剪切強度 (不連續)（英語：Shear strength (Discontinuity)）
• 材料強度
• 極限抗拉強度