剪切强度

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。

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强度,例如梁、及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\tau的計算方式如下
:\tau = \frac {\sigma_1 - \sigma_3}{2} ,

其中
:\sigma_1是最大主應力及
:\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(\tau)為:
:\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、降伏强度及剪切强度的大略比較:

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

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。

參考資料
相關條目

  • 剪切模量
  • 剪應力
  • 剪應變

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  • 材料強度
  • 極限抗拉強度

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