Language
Country/Area
No result found
雙軸拉伸測試的魔法：如何揭示材料的隱藏特性？
在材料科學和固體力學領域中，雙軸拉伸測試是一種多功能的技術，旨在針對平面材料進行力學特性測試。與單軸拉伸測試不同，雙軸測試使材料樣本能夠同時沿著兩個垂直方向受到應力。這種測試主要針對金屬薄板、矽橡膠，複合材料、薄膜、紡織品及生物軟組織等材料。
雙軸拉伸測試不僅能有效評估無壓縮各向同性材料的力學性能，還能透過較少的樣本數量達到全面的材料特性描述。
雙軸拉伸測試的目的
雙軸拉伸測試的主要用途在於評估無壓縮和各向同性材料的力學特性。這種測試特別有助於了解生物材料的機械性能，因為其微觀結構往往具有方向性。當需要對材料的彈性行為進行分析時，單軸測試往往不足，因此必須進行雙軸測試來檢驗塑性行為。即使雙軸拉伸測試是以平面配置進行，它仍然可以相當於施加在三維幾何形狀上（例如內壓和軸向拉伸的圓柱體）的應力狀態。
設備介紹
通常，雙軸拉伸測試機配備有馬達、兩個負載傳感器和一個夾緊系統。馬達系統通過相應運動來對材料樣品施加位移，相較於傳統單軸測試，雙軸測試的變化則要靈活很多。
馬達系統
馬達系統的運動使得樣品能夠同時在兩個方向上受到應力，但如果只有一個馬達，那麼兩個方向的位移將相同，僅能實現等位移狀態。使用四個獨立的馬達可使任何負載條件成為可能，這也是雙軸拉伸測試優於液壓膨脹、半球形膨脹、堆壓或平面打擊等的原因之一。
負載傳感器
負載傳感器置於兩個垂直加載方向上，能夠精確測量樣品所承受的法向反應力。測試可以在加載控制或位移控制下進行，根據其設置進行相應的力及位移測量。
夾緊系統
夾緊系統將負載從馬達轉移到樣品上，雖然雙軸拉伸測試的使用日益增長，但目前仍缺乏穩健的標準化協議以確保夾緊系統的有效性。夾具的設計必須考慮應力的均勻分佈問題。
樣品形狀的影響
雙軸拉伸測試的成功與樣品的形狀有密切關係。最常用的幾何形狀為平方和十字形樣本。對於纖維材料或複合材料，必須確保纖維與應載方向一致，以最小化剪切應力並避免樣品旋轉。
方形樣品
方形或矩形樣品易於製作，但由於夾緊系統與樣品核心的距離近，因此應變分佈可能不均勻。
十字形樣品
適當的十字形樣品需滿足最大化受雙軸應力的面積，最小化剪切應變及應力集中區域，確保結果的重現性等要求。
測試方法
雖然單軸拉伸測試通常被用來測量材料的力學性能，但許多材料在不同的載荷下表現出不同的行為，這使得雙軸拉伸測試成為了一種有前景的測量方法。小沖擊試驗(SPT)與液壓膨脹測試(HBT)是應用雙軸拉伸狀態的兩種方法。
小沖擊試驗（SPT）
小沖擊試驗(SPT)是一種微創的現場測試技術，最早在1980年代開發，旨在評估核材料的局部降解和脆化。這種測試通常在小體積樣品上進行，負載被施加以推進位移率並檢測應力。
液壓膨脹測試（HBT）
液壓膨脹測試（HBT）用於確定薄膜等材料的機械性質，如楊氏模量、屈服強度等。這種方法尤其適合於加大應變時的塑性特性描述，並且其測量結果通常高於傳統的拉伸測試。
氣體膨脫測試（GBT）
氣體膨脫測試(Gas Bulge Test)與液壓膨脹測試類似，使用高壓氣體代替液壓油來施加應力。這種方法適合對比不同溫度下的機械性能和疲勞行為進行深入研究。
雙軸拉伸測試無疑是一種強大且多功能的材料測試方法，揭示了材料在不同載荷下的潛隱特性。究竟這種測試能如何改變目前的材料測試標準，為未來的應用開啟更廣闊的視野?
