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神秘的材料特性：為什麼雙軸測試是揭開塑性行為的鑰匙？
在材料科學和固體力學中，雙軸拉伸測試是一種能夠全面評估平面材料機械特性的多用途技術。這種拉伸測試的獨特之處在於，對材料樣品施加兩個垂直方向上的應力。這種測試通常用於各類材料，包括金屬薄片、矽肼彈性體、複合材料、薄膜、紡織品和生物軟組織等。
雙軸拉伸測試的目的
進行雙軸拉伸測試可以對不可壓縮的各向同性材料進行機械性能的評估，並相較於單軸拉伸測試，能夠以更少的樣本完成全面特徵化。此外，雙軸測試特別適用於生物材料的機械性能研究，因為生物材料的微觀結構通常是有方向性的。
如果測試目的是分析材料的彈性行為之後的性能，僅依賴於單軸結果顯得不足，因為雙軸測試可以更好地檢視塑性行為。
使用單軸測試結果來預測在雙軸應力狀態下的破裂似乎並不充分。即使雙軸拉伸測試是在平面配置下進行，它仍可能對應於三維幾何形狀所施加的應力狀態，這包括內壓及軸向拉伸的圓柱體。
設備
通常，雙軸拉伸機器配備有馬達台、兩個負載傳感器和一個夾持系統。
馬達台
馬達台的運動可以對材料樣品施加一定位移。如果只有一個馬達台，則兩個方向的位移將相同，僅允許均勻雙軸狀態。使用四個獨立的馬達台則可以施加任意負載條件，這使得雙軸拉伸測試在應用中優於其他可能施加雙軸應力狀態的測試方法。
這種檢測方式特別適合通過圖像分析來觀察，數位影像相關技術（DIC）是一種非接觸式技術，能夠保持機械結果的有效性。
負載傳感器
兩個負載傳感器放置在兩個正交負載方向上，以測量樣品所施加的正反作用力。雙軸拉伸測試可以在負載控制或位移控制的條件下進行，取決於特定設定。
夾持系統
夾持系統的設計需滿足聖維南原理，以充分傳遞從馬達台轉移到樣品的負載。雖然雙軸拉伸測試的應用越來越廣泛，但目前仍缺乏穩健的標準化協議來指導夾持系統的設計。
樣品形狀
雙軸拉伸試驗的成功與樣品的形狀密切相關。目前使用最廣泛的形狀為方形和十字形樣品。
對於纖維材料或纖維增強複合材料，其纖維應與負載方向一致，以減少剪應力並避免樣品旋轉。
方法
儘管單軸應力測試常見於材料性能的測量，但許多材料在不同的負載應力下會顯示出不同的行為。因此，雙軸拉伸測試成為了一種有前景的測量方法。小型衝擊測試（SPT）和鼓包測試是兩種應用雙軸拉伸狀態的方法。
小型衝擊測試
小型衝擊測試是一種微創的現場技術，首次開發於1980年代，用於研究核材料的局部降解和脆化。此測試方法僅需小體積的樣品，且不會嚴重影響正在使用的組件。
液壓鼓包測試
液壓鼓包測試則用於測定薄膜材料的機械性能，包括楊氏模量、屈服強度和極限拉伸強度。這種技術能更好地描述材料在大應變下的塑性性能。
思考邊界的未來
雙軸測試的應用正在改變我們對材料行為的理解，而科技的進步也在推進這一測試方法的發展。隨著新材料的出現和對材料行為更深入的理解，科學家和工程師將如何適應這些挑戰並利用櫃檯底部的知識提出改進？
