前陣子參加某品牌的新品發表會，會中有人問到強度與剛性到底要怎麼解釋，這個問題我還真的沒研究過，台上的主講人也解釋得模模糊糊的。回家之後心裡頭總是有個疙瘩，常常見到許多大師(濕？)文章中強度剛性混用一通，他們到底知道自己在講什麼嗎？
問了一下Google大神，只找到這篇譯文有比較詳細的解釋，文中舉了鋁、鋼、鈦..等不同材料的特性，相互之間加以比較，相信看完之後大家都能對強度跟剛性的分別有相當清楚的認識….
才怪！！
經過更深入的網路搜索之後，終於讓我找到下面這個影片，英文有句俗話說”一圖勝千言”，不知道一段影片值多少？內有正妹，請耐心觀看….
相信你現在一定已經瞭解了吧！
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好吧…早知道你不懂英文，不要回頭，就是你！
簡單來說，剛性(Stiffness)是材料受力因而變形的程度，強度(Strength)是材料在多大的受力才會破裂。什麼？這樣還不懂？那舉兩個極端的例子好了….自動鉛筆的筆芯是高剛性且低強度，因為它受力變形量小，但很小的力量就能讓它斷裂；反之，繩子則是低剛性高強度，因為它很容易變形，但要很大的力量才能弄斷。
實際上，材料的強度是決定需要多少的厚度或管徑才能滿足該用途所需而不斷裂；剛性則是我們說車架騎起來軟趴趴跟硬梆梆的差異。因此在車架使用上面探討強度其實沒啥意義，因為如果強度不夠，它是直接斷給你看，剛性才是影響騎乘表現的參數。所以下回看到有大濕在說什麼車架強度的，你就可以嗆他’到底懂不懂車啊你’ XD
剛性應該是Rigid
亦指假設某一固體受力後的變形量微小到可忽略
Stiffness是勁度 代表抵擋變形的能力
或者是受到一單位外力作用下的位移量
一般說來固體可分成三種
剛體 彈性體 塑性體 統稱連續體
一般受力後仍不會變形的歸類在剛體
受力後會產生變形 但變形後仍會回歸原狀的是彈性體
受力後無法恢復成原狀為塑性體
勁度stiffness或可稱為物體強韌的程度
其相反為撓度flexibility
勁度是受一單位力後會產生多少位移(或是可回復之形變)
撓度則是產生一單位的變形需要多少外力作用
混擬土就是低剛性高強度的東西,它的受力變形量很小,但是抗壓強度很高,但是抗拉強度也很低!
鋼筋則是高剛性低強度的東西,受力變形量很大,抗壓強度很低,但是抗拉強度很高!
因此兩者適當比例及數量結合,就變良好的建材!
如果混擬土多,鋼筋量不足,則剛性大,勁度不足,容易瞬間破壞,無預警效果!
如果鋼筋量過多,鋼筋間無足夠的間距,使混擬土無法灌入,影響混擬土與鋼筋間的握裹力,最終的強度仍會不足!
想請問一下，這是單車知識還是物理課程？小弟的見解是，以台灣度地區文化的言語表達就論剛性而言，應該只是比喻強壯的意思，而並非專業術語之使用，所以我覺得那些大濕他們的用意應該是很單純的，當然也很感謝你對剛性的研究及見解，讓大家對剛性有所認識。
那些大絲根本對剛性及強度怎麼分都搞不懂….
我是學建築的,我想建築最注重這種事情……
我來解釋得更清楚一點吧:
對大部分的金屬而言，應力和應變的正比關係如下
σ=Eε
這是熟知的虎克定律，比例常數E是彈性模數，或楊氏模數。應力和應變成正比的變形稱為彈性變形(elastic deformation)，應力(縱座標)對應變(橫座標)作圖的結果是線性關係(就是上面阿寬所PO影片中的那種圖)，此線段的斜率，相當於彈性模數 E 。彈性變形不是永久的，其物理意義是當施加的負荷釋放時，試片會恢復它原來的形狀。(影片中3:09的那一段)
對大部分的金屬材料而言，彈性變形僅存在於應變為0.005以內。當材料的變形超過此點時，應力與應變的關係不再維持正比的關係，且發生永久不再回復或塑性變形(plastic deformation)，亦即當除去應力後亦無法返回其原來的位置(這在影片中沒有特別提到,是因為木材的這一段的數值相當小,可以說在影片中是3:09那一段之後至3:17秒箭頭的那一小段斜率比較不一樣的!)。
至於塑性變形到斷裂也因為金屬物性的不同而有不同的值,鋼材從塑性變形到斷裂,還可以吸收不少的力量,而鋁合金就比較少,玻璃就幾乎沒有這段的值!
有人說鋁合金累積應力之後一下子就斷,就蠻類似玻璃的,而鋼材在塑性變形的階段的值比較大,使用者可以比較明顯的感受到車架變形,而需放棄使用!
總結的來說,一種金屬物體對於外力的施加,因為金屬的物性及彈性模數的不同,在到達塑性變形的那個零界點就是所謂的抗拉強度、抗彎強度、抗剪強度等。
也就是說強度指的是金屬材料在外力作用下抵抗永久變形的能力!
再回頭說剛性,剛性就是材料抵抗變形的能力!
疑?怎麼跟強度的定義好像?
看清楚喔!!
強度,是材料在外力作用下抵抗”永久”變形的能力!
剛性,是材料在外力作用下抵抗變形的能力!
(在材料力學理,強度又稱為硬度,很多人會以為硬度就是剛性,這就是讓人誤解的地方!)
因此,一個材料的強度及剛性會跟彈性模數和有關,,也會跟材料的特性有關!
總之,因為材料的不同,強度跟剛性會有一個數值的轉換關係!
然後,講這麼多絕對有有新名詞出現:”勁度”,”韌性”,…….
勁度其實就是剛性!!
而韌性是指當承受應力時對折斷的抵抗，其定義為材料在破裂前所能吸收的能量與體積的比值。
(所以韌性可以看成當材料受到外力作用,產生彈性變形,然後到達塑性變形階段,最後斷裂的那一剎那為止所吸收的力量與材料體積的比值。)
以上!!
PS:我是以建築力學及建築材料力學的觀點寫的,同一個名詞很可能在不同領域中的定義是不同的!
說真的,有些名詞還真難界定@@
感覺剛性跟強度我還是沒說清楚,我用建築設計的觀點再說一下吧:
鋼筋混凝土建築(RC)比較屬於剛性建築,地震來時,住在20樓的跟住在5樓的搖晃程度差不多!
鋼骨構造建築物(SC)比較屬於強度建築(或是韌性建築),地震時,住在20樓的會比住在5樓的搖晃程很多!
RC的可以設計到任何級數的地震都不會損毀,只是沒那個經濟效益,因而通常都設計到7~8級!
也就是說設計到7級的,他絕對能抵抗7級的地震,8級的就會開始損毀,如果有超過8級的,很可能就會順見坍塌!
(蠻類似高級鋁合金的車架!!)
SC的呢?設計理念不一樣,比較像是柔軟的草(或是竹子),地怎麼搖,風怎麼吹,都不容易倒,但是住在上面的人,尤其越住高層,就會越不舒服,也會因為搖晃過大,造成家具亂飛傷人的問題!
也因此,單純的SC建築也不容易蓋高層!
(很像鋼管車或是碳纖維的車子吧^^)
於是,近代建築結合了兩者的優點,產生了鋼骨鋼筋混凝土(SRC)建築,剛性夠,強度也大!
(這就是複合式車架!或是經過嚴密計算的各種金屬車架!)
Thanks a lot, it is a great one.
Just I could not follow her speed in speaking. Ha…………..
剛性與強度，這二個名詞真的不能混淆。
我常舉一個例子…..
新鮮的好食材(好的材料強度)，一定會做出好吃的料理嗎??(好的車架剛性嗎?)
一直對外宣稱自己用很好的材料，該材料有很好的強度。
是否就等於用該材料，就一定能做出剛性很好的車架??
阿基師用好食材，如虎添翼。
小弟我用好食材，很可能是糟蹋。
材料強度的好壞，與車架剛性有關，但沒有絕對關係。
的確，材料剛性/強度的確是不能等化到結構的剛性/強度，即使以相同的材料，不同的結構、受力方向都會有不同的強度/剛性表現。不過這篇只是純粹介紹強度跟剛性簡單的意義，也未談及結構上的影響，更詳細的定義還是得翻教科書了。
的確,新鮮的好食材不一定能做出好的料理,但起碼新鮮的好食材是能做出好料理的基礎!!
如果用了很差的材料,跟我說他燒出來的車架有多高的強度,我想你也不會相信吧?
混擬土就是低剛性高強度的東西,它的受力變形量很小,但是抗壓強度很高,但是抗拉強度也很低!
鋼筋則是高剛性低強度的東西,受力變形量很大,抗壓強度很低,但是抗拉強度很高!
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強度,是材料在外力作用下抵抗』永久』變形的能力!
剛性,是材料在外力作用下抵抗變形的能力!
勁度其實就是剛性!!
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矛盾啦
學建築的對於結構與材料力學比較不熟，
好像土木工程的比較專精結構學與材料力學，
所以B先生你有一點點搞混啦也是沒關係，
畢竟很多人都沒有很清楚。
你自己寫說剛性是抵抗變形的能力，
又寫鋼筋受力變形量很大，
然後卻說明鋼筋就是高剛性的東西？？
這是低剛性OK？這就是我上面看到的矛盾之一。
偶然逛到~小小補充自己的模糊印象
車架常用的鋼或鋁等金屬材，因具有延展性（＞５％延性材料、＜５％脆性材料），在超過強度時的破壞程度應該是有區別的，不會馬上就斷給你看，大致上有超過降伏強度的永久變形以及超過拉伸試驗或疲勞試驗的斷裂狀況…所以仔細觀察網路上發生交通意外的車架，有些是整支車架擠壓變形（如環節皺摺）卻沒有斷裂，因為此撞擊力僅超過降伏強度未達斷裂強度，但對車架來說一樣是報銷無法使用。
至於碳纖複材車架，屬脆性材料幾無言延展性，遇超過強度以上之外力時，確實就是立即斷給你看，要嘛不變形，一變形就是斷，希望以上模糊印象沒有記錯^^
莫你說的都OK，
不過網友注意一下上面Bruce寫的關於強度與剛性的部分，有很多誤謬。
不要被那些混淆錯誤的發文誤導了。
本人是執業技師，茲提供參考
強度：材料的本質－例如一般構造用鋼SS400的抗拉強度41kg/mm2，無法用設計去改變它。
剛性：結構體抵抗變形之能耐，與構件的形狀、尺寸、布置有關，可以用設計去改變它。
在軸向力情況時，剛性＝EA，其中E＝材料彈性係數，A＝截面積，A是可以依所需設計的。
在樑的力矩情況時，剛性＝EI，其中E＝材料彈性係數，I＝對中性軸的面積二次矩，I是可以依所需設計的
大部分工程科的學生讀到樑的I值時就很頭痛，畢業後就把I值忘了