什麼是比剛性
楊氏模數除以密度的值 E/ρ。也稱為比彈性模數。鋼、鋁合金、鈦合金都約在25 GPa/(g/cm³)前後，幾乎相同。
日文名稱: 比剛性
「比剛性」出現在1領域的2道練習題中（複合材料等）。
這個名詞所屬的領域: 材料選擇與設計
比剛性發揮作用的場合
比剛性 E/ρ 表示以相同質量能做出多不易變形的構件。用於飛機、汽車、機械手臂、高速旋轉零件這類想同時兼顧輕量與剛性的構件，比較材料時使用。單位常用 GPa/(g/cm³)，相當於 10⁶ m²/s²。√(E/ρ) 是沿細棒傳播的縱波速度，鋼約為5200 m/s。相同形狀構件的固有頻率也與 √(E/ρ) 成正比，因此在忌諱振動的零件或揚聲器振膜中，偏好比剛性高的材料。
各材料的值
鋼（E = 210 GPa，ρ = 7.8 g/cm³）約27，鋁合金（70 GPa，2.7 g/cm³）約26，鈦合金（110 GPa，4.5 g/cm³）約24，鎂合金（45 GPa，1.74 g/cm³）約26，主要結構用金屬的比剛性幾乎相同。即使加入合金元素，楊氏模數與密度也只略為改變，鋁鋰合金與鈹（約160）是例外。陶瓷的氧化鋁（約380 GPa，3.95 g/cm³）約為96，單向CFRP在纖維方向則達到金屬的數倍。
不要弄錯指標
比剛性 E/ρ 最大的材料，不一定總能做出最輕的構件。E/ρ 直接成為性能指標的，是像具有規定拉伸剛性的桿（拉桿）那樣只能改變截面積的情形。可改變截面大小的樑，指標為 √E/ρ；只能改變厚度的板，指標為 ∛E/ρ，密度越小的材料越有利。因此，即使是比剛性幾乎相同的鋼與鋁合金，做成樑或板時鋁合金較輕。比剛性也與比強度 σ/ρ 是不同的量，必須先決定要求的是剛性還是強度。
提高比剛性的方法
一般認為鋁中每加入1質量%的鋰，密度約下降3%，楊氏模數約上升6%，鋁鋰合金用於飛機的外板與結構材。其他還有像以碳化矽等粒子強化的金屬基複合材料，或以碳纖維強化的CFRP那樣，組合剛硬強化材的方法。CFRP的比剛性隨纖維方向大幅改變，因此要配合負荷方向設計疊層方向。在構件形狀上，做成中空管或蜂巢夾層結構，使材料遠離中性軸，也能在相同質量下提高剛性。
練習比剛性的題目
碳纖維強化塑膠（CFRP）與玻璃纖維強化塑膠（GFRP）的比較，下列何者正確？
- AGFRP會導電，因此與CFRP不同，與鋁合金接觸時容易引起電偶腐蝕
- BCFRP容易讓電波穿透且絕緣性高，因此適合取代GFRP用於雷達罩與電氣絕緣零件
- CCFRP比剛性優異，但會導電，因此與鋁合金接觸時容易引起電偶腐蝕
單向CFRP（纖維方向楊氏模數140 GPa，密度1.6 g/cm³）與鋼（楊氏模數210 GPa，密度7.9 g/cm³）在纖維方向的比彈性模數（楊氏模數/密度）之比 CFRP/鋼 最接近下列何者？
- A約0.67
- B約3.3
- C約4.9
常見問題
比剛性與比強度有何不同？
比剛性是楊氏模數除以密度的 E/ρ，表示每單位輕量的不易變形程度。比強度是強度（拉伸強度或降伏強度）除以密度的 σ/ρ，表示每單位輕量的不易破壞或不易降伏程度。撓度或振動為問題時以比剛性比較，破損為問題時以比強度比較。
比剛性的單位是什麼？
因為是楊氏模數除以密度，一般以 GPa/(g/cm³) 或 MPa/(kg/m³) 表示。換算成SI單位為 m²/s²，1 GPa/(g/cm³) 為 10⁶ m²/s²。其平方根具有速度的單位，對應沿棒傳播的縱波速度。
比彈性模數與比剛性是相同的東西嗎？
指材料性質的 E/ρ 時，兩者意思相同。但在結構力學中「剛性」有時指包含構件形狀的負荷與變形之比（N/m等），比剛性也可能用來指構件剛性除以質量的值。依前後文確認較為保險。
解析中的「比剛性」
碳纖維的密度約為1.8 g/cm³，比玻璃纖維（約2.5 g/cm³）小，楊氏模數約為230 GPa 以上，是玻璃纖維（約70 GPa）的3倍以上，因此CFRP 的比剛性與比強度優異，用於飛機與運動用品。
碳纖維強化塑膠（CFRP）與玻璃纖維強化塑膠（GFRP）的比較，下列何者正確？實際結構以疊層補足方向性，因此比剛性的優勢會小於這個值。
單向CFRP（纖維方向楊氏模數140 GPa，密度1.6 g/cm³）與鋼（楊氏模數210 GPa，密度7.9 g/c…
出現「比剛性」的題目（2題）
材料科學計算工具
相關名詞
CFRP（碳纖維強化塑膠） 楊氏模數 GFRP（玻璃纖維強化塑膠） 電偶腐蝕 生命週期評估 材料選擇的性能指標 材料選擇圖（Ashby圖） 柏拉圖最適 破壞前降伏 殘留雜質元素（tramp element）