剪切強度
外觀
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
[編輯]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 |
球墨鑄鐵 | USS約為0.9*UTS | SYS約為0.75*TYS |
展性鑄鐵 | 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
[編輯]- ^ 存档副本. [2016-10-19]. (原始內容存檔於2017-05-01).
- ^ 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.