下列何者最不適合視為等向性（isotropic）材料？

本題考點

材料的「等向性（isotropic）」與「異向性（anisotropic）」之分。等向性是指材料在任何方向上的力學性質（強度、彈性模數、熱脹與收縮行為）都相同；題目問哪一種材料最不適合用等向性來假設，答案是具有明顯纖維方向的木材。

正解理由

判斷材料能否視為等向性，看的是「性質會不會隨受力方向而改變」。金屬由大量隨機排列的微小晶粒組成，宏觀上各方向的性質相近；混凝土是骨材與水泥漿隨機混合而成，骨材沒有固定排列方向，宏觀上同樣可視為各方向一致。木材則不同：樹木生長時細胞沿樹幹方向排列成纖維，順著纖維與垂直纖維方向的性質相差很大。這一點在《木構造建築物設計及施工技術規範》附錄三的容許應力表中可直接看到：表中把「平行纖維方向壓縮」與「垂直纖維方向壓縮」分成兩欄，以花旗松-落葉松精選結構材為例，平行纖維方向壓縮為 120 kgf/cm²，垂直纖維方向壓縮只有 44 kgf/cm²，同一塊材料只因受力方向不同，容許應力就差了一大截。性質隨方向改變，正是異向性的定義，所以木材最不適合視為等向性材料，故選 C。

逐項排除

1. (A)

   鋁：敘述正確（適合視為等向性）。鋁是多晶金屬，晶粒方向隨機分布，宏觀上拉、壓、剪的力學行為與彈性模數在各方向大致相同，結構分析中以單一彈性模數與單一蒲松比描述即可，屬於典型的等向性材料。要注意鋁的強度與剛度比鋼低，那是「材料種類不同」造成的差異，與「方向不同」無關。

2. (B)

   鋼鐵：敘述正確（適合視為等向性）。鋼鐵與鋁同屬多晶金屬，《結構混凝土施工規範》第 18.6.1 節的說明也把鋼鐵列為「均質材料」，與材質不均勻的混凝土對照。結構設計中鋼材以單一彈性模數、單一降伏強度處理，不分受力方向，是等向性假設最典型的應用。軋延鋼板在厚度方向的性質雖可能略遜，但在一般結構分析中不改變其視為等向性的處理方式。

3. (C)

   木材：敘述錯誤，本題正解。木材是由沿樹幹方向排列的纖維構成，平行纖維與垂直纖維的強度與剛度差異顯著，《木構造建築物設計及施工技術規範》附錄三的容許應力表就是依「平行纖維方向」與「垂直纖維方向」分別列值，且另有平行纖維方向拉伸、縱向剪力等不同欄位。因此木材應視為異向性材料（更精確地說是主軸互相垂直的「正交異向性」材料），設計時必須確認受力方向與纖維方向的關係，不能用單一數值代表各方向的性質。

4. (D)

   混凝土：敘述正確（適合視為等向性）。混凝土由骨材、水泥漿與孔隙組成，《結構混凝土施工規範》第 18.6.1 節明白指出一般混凝土材質、導電性、感磁性等不均勻，也就是說它在微觀上是「不均質」的。但「不均質」與「異向性」是兩件事：骨材在混凝土中隨機分散、沒有排列方向，所以在構件尺度上各方向的性質相同，結構分析仍以等向性材料處理。混凝土抗壓遠強於抗拉，這是「受拉與受壓不同」的性質，不是「方向不同」，也不使它變成異向性材料。

記憶點