剪切强度

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剪切强度(Shear strength)是工程学名詞,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時會出現降伏或是結構失效英语structural failure時的剪切力强度。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。

結構工程機械工程中,設計許多零件或是結構的尺寸時,需要考慮材料的剪切强度,例如淺基礎英语Shallow foundation螺絲都是要考慮剪切强度的零件。若是钢筋混凝土梁,會用肋筋(Stirrups)來增強梁的剪切强度。

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

若要計算剪切强度,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),極限剪切强度()為:

比較[编辑]

以下是各材料的抗拉強度、降伏强度及剪切强度的大略比較[1]

材料 和極限強度(UTS)的關係 和降伏强度(TYS)的關係
USS約為0.75*UTS SYS約為0.58*TYS英语von Mises yield criterion
球墨鑄鐵 USS約為0.9*UTS SYS約為0.75*TYS
展性鑄鐵英语Malleable Iron USS約為1.0*UTS
锻铁 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:極限剪切强度,UTS:極限抗拉强度,SYS:剪切降伏强度,TYS:抗拉降伏强度

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

為了要從試樣中得到剪切强度的值,有許多不同的測試標準,包括不同的材料種類及測試條件。美國量測剪切强度的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[编辑]

  1. ^ http://www.roymech.co.uk/Useful_Tables/Matter/shear_tensile.htm
  2. ^ Watson, DC. Mechanical Properties of E293/1581 Fiberglass-Epoxy Composite and of Several Adhesive Systems (PDF) (Technical report). Wright-Patterson Air Force, Ohio: Air Force Wright Aeronautical Laboratories: 16. May 1982 [24 October 2013]. 
  3. ^ S. Grynko, "Material Properties Explained" (2012), ISBN 1-4700-7991-7, p. 38.

相關條目[编辑]