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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。

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強度,例如淺基礎英語Shallow foundation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

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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
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

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  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.

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