機械性質測試-拉伸試驗-

機 械 性 質 測測 試
- 拉 伸 試 驗 -
金 屬 工 業 研 究 發 展 中 心
醫 療 器 材 組
陳 奕 芩

拉 伸 試 驗
(1) D 試試 驗 目 的 :
測 量 材 料 對 靜 荷 重 或 緩 慢 施 加 的 力 量 之 抗 拉 能 力 。
(2)
L0
試試 驗 步 驟 :
1) 記 錄 試試 片 長 度 及 截 面 積
2) 設設 定 材 料 試試 驗 機 參 數
3) 將 試試 片 夾 於 材 料 測 試試 機 上 , 以 極 緩 慢 的 等 速 率 拉
伸 直 至 試試 片 破 裂 為 止
4) 產 生 應 力 - 應 變 曲 線 圖
(3)
拉 伸 試試 片
(4)
● ● ●
●
●

名 詞 解 釋
應 力
(Stress)
單 位 面 積 所 承 受 的 力 。
應 變
(Strain)
物 體 受 外 力 時 , 其 長 度 變 形
量 和 原 來 長 度 的 比 例 。
彈 性 模 數 ( 又 稱 楊 氏 模 數 )
(Modulus of Elasticity )
(Young’s Modulus)
遵 守 虎 克 定 律
(Hook’s Law)
應 力
(σ)
=
力 (F)
力 承 受 之 面 積 (A)
力 (F)
面 積 (A)
面 積 (A)
L
應 變
(ε)
=
力 (F)
長 度 變 形 量 (Δ L)
原 長 度 (L)
面 積 (A)
Δ L
L
力 (F)
Δ L
彈 性 模 數
(E)
=
應 力 (σ)
應 變 (ε)
浦浦 松 比 (Poisson’s Ratio)
物 體 受 力 產 生 彈 性 變 化 時 ,
側 向 應 變 量 與 縱 向 應 變
比 值 。
F
L+Δ L
L-Δ L
F

名 詞 解 釋
力
具 有 方 向 性 , 單 位 為 牛 頓 (Newton)。
F
F
F
F
F
F
應 力 (Stress)
單 位
單 位 面 積 所 承 受 的 力 。
10 9 giga G
應 力
(σ)
=
面 積 (A)
力 (F)
力 (F)
力 承 受 之 面 積 (A)
力 (F): 牛 頓 (N) 或
磅 (lbf)
面 積 (A): 每 平 方 公 尺 (m 2 ) 或
每 平 方 英 吋 (in 2 )
應 力 (σ): Pa 或 psi
10 6 mega M
10 3 kilo k
10 -2 centi c
10 -3 milli m
10 -6 micro µ
10 -9 nano n
10 -12 pico P
1 MPa =10 6 N/m 2
1 MPa=145 psi

名 詞 解 釋
應 變 (Strain)
物 體 受 外 力 時 , 其 長 度 變 形 量 和 原 來 長
度 的 比 例 。
應 變
(ε)
=
單 位 : 無 因 次
面 積 (A)
長 度 變 形 量 (Δ L)
力 (F)
原 長 度 (L)
面 積 (A)
力 (F)
Δ L
彈 性 模 數 ( 又 稱 楊 氏 模 數 )
(Modulus of Elasticity )
(Young’s Modulus)
遵 守 虎 克 定 律 (Hook’s Law)
彈 性 模 數
(E)
=
應 力 (σ)
應 變 (ε)
彈 性 模 數 材 料 勁 度 (stiffness) 或 材
料 抵 抗 彈 性 變 形 的 能 力 。
L
Δ L
L

名 詞 解 釋
浦浦 松 比 (Poisson’s Ratio)
物 體 受 力 產 生 彈 性 變 化 時 ,
側 向 應 變 量 與 縱 向 應 變 比 值 。
浦 松 比 =
-
側 向 應 變
軸 向 應 變
原 長 度 :L
原 直 徑 :D
受 力 後 :
長 度 變 化 量 :
直 徑 變 化 量 :
△L
△D
ε lat
ε lat = - △D
D
ε long =- △L
L
ν =- ε long

應 力 應 變 曲 線 圖 (Stress-Strain Curve)
應 力 (σ)
彈 性 區 間
當 外 力 移 除 時 , 試試 片 回 復 原 始 狀 態 。
σu
σf
σy
σpl
虎 克 定 律
σ= E ε
P
比 例 極 限
(proportional
limit)
降 伏 點
(yield point)
Y
● ●
●
H
極 限 應 力
(ultimate stress)
●
U
破 壞
(fracture stress)
●
F
a) 在 比 例 極 限 間 (OP) 材 料 屬 線 性 性
質 。OP 線 段 斜 率 為 彈 性 係 數 。
可 塑 區 間
當 外 力 移 除 時 , 試試 片 無 法 回 復 原 始
狀 態 。
a) 降 伏 (YH): 拉 力 並 未 明 顯 增 加 , 但
會 產 生 相 當 大 拉 伸 量 。
b) 應 變 硬 化 (HU): 材 料 對 進 一 步 變 形
有 較 大 阻 力 , 需 增 加 拉 力 才 會 進 一
步 伸 長 。
O
彈 性 區 間
( 彈 性 變 形 )
降 伏
(yielding)
可 塑 區 間
( 塑 性 變 形 )
應 變 硬 化
(strain hardening)
頸 縮
(necking)
應 變 (ε)
c) 極 限 應 力 (U): 負 載 到 達 最 大 值 。 試試
片 延 伸 , 局 部 截 面 積 減 少 。
d) 破 壞 (F): 試試 片 破 壞 斷 裂 。
試試 片 延 伸 至 最 大 , 局 部 截 面 積 減 少 ,
直 至 斷 裂 , 頸 縮 現 象 。

應 力 應 變 曲 線 圖 (Stress-Strain Curve)
降 伏 點 明 顯
降 伏 點 不 明 顯
應 力 (σ)
應 力 (σ)
σY
●
●
●
●
●
σY
●
●
此 二 線 平 行
應 變 (ε)
0.002
0.2%
偏 位 法
應 變 (ε)

脆 性 材 料 及 延 性 材 料
應 力 (σ)
脆 性 材 料
●
F
延 性 材 料
●
F’
延 性 材 料 (Ductile)
材 料 在 破 裂 前 能 夠 承 受 很 大 應 變 。
延 性 表 示 法
a) 伸 長 百 分 比 : 量 取 試試 片 在
試試 驗 前 與 試試 驗 後 兩 記 號
間 的 距 離 。
伸 長 百 分 比 = Lf - L0 X 100%
伸 長 百 分 比 =
Lf - L
L0
應 變 (ε)
b) 面 積 收 縮 百 分 比 : 量 取 破
壞 點 處 , 試試 驗 前 與 試試 驗
後 截 面 積 改 變 百 分 率 。
脆 性 材 料 無 頸 縮 現 象
延 性 材 料 頸 縮 現 象
面 積 收 縮 百 分 比 =
Af - A0
A0
脆 性 材 料 (Brittle)
最 大 荷 重 發 生 在 破 壞 點 。
X 100%

機 台 操 作 流 程
(1) 機 台 開 機
電 源 開 關
保 護 裝 置
手 動
夾 試試 片 處
手 動
控 制 橫 桿
INSTRON
緊 急 鈕

機 台 操 作 流 程
2. 電 腦 開 機 =>Bluehill

機 台 操 作 流 程
3. 方 法

機 台 操 作 流 程
(4) 方 法
4. 設設 定 測 試試 方 法
新 增 => 選 擇 方 法 => 新 增
瀏 覽 => 選 擇 路 徑

機 台 操 作 流 程
5. 設設 定 測 試試 方 法
由 上 至 下 設設 定
一 般 => 方 法 => 單 位 系 統

機 台 操 作 流 程
6. 設設 定 測 試試 方 法
由 上 至 下 設設 定
一 般 => 試試 片 => 設設 定 樣 品 描 述 與 註註 解

機 台 操 作 流 程
7. 設設 定 測 試試 方 法
由 上 至 下 設設 定
一 般 => 基 礎 版 面 => 設設 定 基 礎 版 面

機 台 操 作 流 程
8. 設設 定 預 設設 試試 片 尺 寸
由 上 至 下 設設 定
試試 片 => 尺 寸

機 台 操 作 流 程
9. 設設 定 控 制 - 測 試試
由 上 至 下 設設 定
控 制 => 測 試試

機 台 操 作 流 程
10. 設設 定 計 算
計 算 => 設設 定
預 觀 察 參 數 由 左 拖 曳 至 右

機 台 操 作 流 程
11. 設設 定 結 果 表 格 - 欄 位
結 果 => 欄
預 觀 察 參 數 由 左 拖 曳 至 右

機 台 操 作 流 程
12. 設設 定 曲 線 圖
曲 線 圖 =>X- 數

機 台 操 作 流 程
13. 設設 定 文 件 輸 出
報 告 => 文 件

機 台 操 作 流 程
14. 設設 定 結 果 匯 出
報 告 => 匯 出 結 果
預 觀 察 參 數 由 左 拖 曳 至 右

機 台 操 作 流 程
14. 架 上 試試 片

機 台 操 作 流 程
15. 測 試試

機 台 操 作 流 程
16. 測 試試
新 增 樣 品 => 選 擇 測 試試 程 式
=> 下 一 步

機 台 操 作 流 程
1
3
4
2
17. 測 試試
鍵 1=> 重 設設 標 距 長 度
鍵 2=> 平 衡 荷 重
按 鍵 1 及 鍵 2=> 歸 零

機 台 操 作 流 程
18. 完 成

19. 實 驗 結 果

參 考 資 料
1) Mechanics of materials , R. C.Hibbeler, Fourth Edition
2) Materials science and engineering. An introduction,
William D. Callister, Jr. , Sixth Edition