剪切强度
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剪切强度(Shear strength)是工程学名词,是一个描述物质对抗剪切力强度的专有名词,也就是物质在承受剪切力时会出现降伏或是结构失效(英语:structural failure)时的剪切力强度。剪切力是二个彼此平行,方向相反的力,当用剪刀剪纸张时,纸张就是因为剪切力而剪开。
在结构工程及机械工程中,设计许多零件或是结构的尺寸时,需要考虑材料的剪切强度,例如梁、浅基础(英语:Shallow foundation)及螺丝都是要考虑剪切强度的零件。若是钢筋混凝土梁,会用肋筋(Stirrups)来增强梁的剪切强度。
剪应力的计算方式如下
其中
- 是最大主应力及
- 是最小主应力
一般而言,:延性材料(例如铝)会因为剪切力而失效,而脆性材料(例如铸铁)会因为伸张力而失效,细节可参考极限抗拉强度。
若要计算剪切强度,假设失效的力是F,已知抵抗施力的面积(例如承受剪力的螺栓截面),极限剪切强度()为:
比较
以下是各材料的抗拉强度、降伏强度及剪切强度的大略比较[1]:
More information 材料, 和极限强度(UTS)的关系 ...
材料 | 和极限强度(UTS)的关系 | 和降伏强度(TYS)的关系 |
---|---|---|
钢 | USS约为0.75*UTS | SYS约为0.58*TYS(英语:von Mises yield criterion) |
球墨铸铁 | USS约为0.9*UTS | SYS约为0.75*TYS |
展性铸铁(英语:Malleable Iron) | USS约为1.0*UTS | |
锻铁 | USS约为0.83*UTS | |
铸铁 | USS约为1.3*UTS | |
铝和铝合金 | USS约为0.65*UTS | SYS约为0.55*TYS |
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USS:极限剪切强度,UTS:极限抗拉强度,SYS:剪切降伏强度,TYS:抗拉降伏强度
为了要从试样中得到剪切强度的值,有许多不同的测试标准,包括不同的材料种类及测试条件。美国量测剪切强度的ASTM标准有ASTM B831、D732、D4255、D5379及D7078。国际上的ISO测试标准有ISO 3597、12579及14130[3]。
参考资料
- Watson, DC. Mechanical Properties of E293/1581 Fiberglass-Epoxy Composite and of Several Adhesive Systems (PDF) (技术报告). Wright-Patterson Air Force, Ohio: Air Force Wright Aeronautical Laboratories: 16. May 1982 [24 October 2013]. (原始内容存档 (PDF)于2018-10-24).
- S. Grynko, "Material Properties Explained" (2012), ISBN 1-4700-7991-7, p. 38.
相关条目
- 剪切模量
- 剪应力
- 剪应变
- 剪切强度 (土壤)(英语:Shear strength (soil))
- 剪切强度 (不连续)(英语:Shear strength (Discontinuity))
- 材料强度
- 极限抗拉强度