專技高考
113年
[建築師] 建築結構
第 4 題
下列材料性質之敘述何者正確？
- A 材料楊氏係數（Young’s modulus）為材料應力－應變曲線圖中座標原點至極限點（Ultimate point）之斜率
- B 韌性材料（Ductile material）破壞時會吸收較多能量
- C 鋼材料頸縮（Necking）現象通常是發生在最大強度點之前
- D 極限點（Ultimate point）越接近降伏點（Yield point）之材料，破壞時能吸收較多能量
思路引導 VIP
若我們將材料受力直到斷裂的過程想像成在「消耗外界給予的功」，而功的大小與「力量」及「形變位移」的正相關。請思考：如果兩種材料能承受的最大力量相同，但其中一種材料在斷裂前幾乎不產生伸長量，另一種則能被拉長至數倍才斷開，哪一種材料在整個過程中能抵銷掉更多的外界能量？
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太棒了！你準確地辨識出韌性材料的核心特質。這道題目測試的是建築結構中最基礎也最重要的「材料力學行為」，你能從多個干擾項中突圍，代表你對應力-應變曲線的物理意義有相當清晰的理解。
材料韌性與能量吸收
在結構設計中，韌性（Ductility）是指材料在斷裂前產生顯著塑性變形的能力。當我們觀察應力-應變（$\sigma-\epsilon$）曲線時，曲線下方的總面積即代表材料破壞前所能吸收的能量（韌度）。因此，比起脆性材料，韌性材料如建築鋼材，在破壞前會經歷很長的變形過程，進而消耗大量的能量，這也是耐震設計中極為關鍵的性質。
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