動態(Dynamic)壓縮實驗

22 層板材如圖3.10 所示，其中玻璃纖維所佔體積比為46%，試 驗板材厚度分別為表 3-4 中，厚度約為 6mm 左右，測試試片的長度

皆為 8mm 和寬度 6mm(圖 3.11)，然而表面平整光滑是壓縮試驗中非

常關鍵的一個處理步驟，試片和測試儀器之表面皆需經過表面研磨拋 光的處理確保接觸表面光滑平整，避免表面的阻力造成應力集中現象 的產生而使數據不準確。

霍普金森桿主要用於高應變率的測試，使用之材料為高強度之鋼

材(SKD-11)，並且將表面經過碳化處理，再將表面做拋光加工使表面

保持平整光滑，最後經過較直處理，霍普金森桿主要由衝撞桿(strike

bar)、 被 衝 撞 桿(incident bar)、 傳 遞 桿(transmission bar)、 停 止 桿 (throw-off bar)所組成(圖3.12)，當衝撞桿中的子彈藉由高壓氮氣系統

(gas system)撞擊被衝撞桿時，試片將會受到壓縮而造成整體長度的改

變，為了測量材料的應變所以在被衝撞桿和傳遞桿的左右兩邊皆貼上 精密型應變規，並且將應變規連接到惠斯通電橋(Wheatstone Bridge circuits) 、 訊 號 放 大 器 (Signal conditioning amplifier, Vishay Micro-Measurement Model 2210B)、數位示波器(Digital oscilloscope, Tektronix TDS3014B)，所得到的數據經由Excel計算即可以求出機械 材料特性，霍普金森桿的量測原理如下(圖3.13)。

為被衝擊桿表面-試片的位移， 為試片至傳遞桿表面的位

經由應力平衡式P₁= ，P₂ ε_i +ε_r =ε_t，選擇 ₂來決定應力的值，

P

S

S A

P₂

σ = (3.13)

其中 _S是試片的面積。

比較未添加和添加二氧化矽含量 10%、20%、30%的玻璃纖維/

環 氧 樹 脂 複 合 材 料 在 受 壓 縮 時 的 破 壞 應 力 ， 測 試 的 纖 維 角 度 包 括:0°、5°、10°、15°、90°，測得之破壞應力數據以及應變率則列於 表 3-5 至表 3-8，其中應變率是經由桿子之應變規所測得，並且由時 間-應變圖中截取前半段線性部份的方式來求出其應變率，統整各角 度之數據平均後，將實驗所得到數據之最大值及最小值取平均算出其 數據範圍，並且計算出添加二氧化矽後強度增加的比值(表 3-9 至表 3-13)，並且由柱狀圖(圖 3.14)可以發現添加二氧化矽的玻璃纖維/環氧 樹脂複合材料其強度在各角度上皆比未添加二氧化矽之複合材料的 強度有上升之趨勢，並且在添加二氧化矽含量達到30%時其提升比例 最為明顯。動態壓縮實驗測試時(以添加二氧化矽含量 20%的玻璃纖 維/環氧樹脂複合材料之 5°試片為例)，先將高壓氮氣壓力調至 50Psi 並且放置緩衝片於被衝擊桿前端，緩衝片之厚度為1.5mm 的紅銅片，

將放大器的放大因子調為 650，並且將示波器的顯示解析度調整為 A

1v/div，經由示波器記錄的圖形顯示於圖 3.15，並將入射波和反射波 以及傳遞波經過時間平移至同一觸發點(圖 3.16)，經由衝擊桿與傳遞 桿之力平衡得知數據的可靠性(圖 3.17)，由於兩者之力一致，所以選 擇傳遞桿的力並且經由公式 3.13 求出破壞應力並且顯示出時間對應 力之曲線(圖 3.18)，經由公式 3.10 可以求出經由桿子上之應變規得到 之試片的時間對應變曲線(圖 3.19)，並且由時間對應變曲線前端線性 部份得到應變率，統整測試時使用的高壓氮氣壓力及放大器的放大因 子整理於表格(表 3-14)。