實驗結果

本研究之含脫層複合材料三明治結構壓縮實驗結果共有七組，其中，

以[(0/90)₂]S為表層疊層順序的試片有三組，分別是當脫層長度為 60、70 mm 及無脫層長度試片；以[(0/90)₃]S 為表層疊層順序的試片包含四組，分別是 當脫層長度為 10、60、70 mm 及無脫層長度試片。此七組實驗結果將在以 下章節進行深入探討。

2.3.1 [(0/90)

]

首先探討無脫層三明治結構試片，試片在壓縮過程中，其壓縮負載與 應變曲線如圖 2.3 所示。由於此組試片無脫層區域，因此應變規-A 與應變 規-B 只分別代表三明治結構兩側所量測之結果。從圖中可發現，由於試片 左右兩側表層承受相同壓縮負載，因此曲線一開始呈線性上升(o-a 段)，應 變規-A 及應變規-B 之曲線完全貼合，接著兩條曲線逐漸岔開，應變規-A 之 應變持續為負值(壓應變)，應變規-B 之曲線至最大壓縮應變(a 點)後則逐漸 由負值轉為正值(拉應變)，根據文獻[4]指出，應變規-B 之曲線的反折點(最 大壓應變值)即代表挫屈行為之開始，因此本研究即以最大壓縮應變值作為 判斷試片挫屈行為產生與挫屈負載(Buckling load)之依據。挫屈行為發生後，

曲線微微上升至最大壓縮負載(b 點)之後迅速發生破壞，導致試片喪失承受 負載的能力(c 點)。

試片的壓縮負載與壓縮位移的響應圖如圖 2.4 所示。從圖中發現曲線在 壓縮過程中斜率固定，但當曲線接近最大壓縮強度時，有極小一段的曲線 斜率發生改變，其斜率低於前段曲線的斜率，此即挫屈現象造成的影響，

使得試片承受負載能力降低，接著，隨著壓縮位移持續增加，結構迅速發 生破壞。

從負載與應變的曲線中得知，試片一側恆為壓應變，另一側則由壓應 變轉為拉應變，因此判斷試片的挫屈模式為總體挫屈(Global buckling)。試

片的破壞情形如圖 2.5 所示，芯材上有明顯的兩條斜裂紋，裂紋與表層的夾 角平均約為 43.2 度，從破壞結果中推測破壞模式是因試片承受極大的彎曲 導致芯材的破壞。將實驗完成之試片以美工刀切開夾持兩端的芯材，可完 整窺視試片的裂紋路徑，如圖 2.6 所示，在試片中心軸之上下兩側各存在斜 裂紋，且斜裂紋路徑延伸至夾持兩端，試片內部破壞情形如圖 2.7 所示，從 分離的試片得知斜裂紋橫越試片的厚度與寬度方向。相同無脫層長度試片 重複四次實驗之結果如表 2.4 所示，挫屈負載平均值約為 18.0 kN，破壞負 載平均值約為 18.3 kN。

接著探討脫層長度為 60 mm 的實驗結果，其負載與應變曲線如圖 2.8 所示。一開始曲線斜率為定值，應變規-A 與應變規-B 在此段(o-a 段)不吻合 之原因可能為在架設試片時，因試片底部不平整造成試片略為傾斜，導致 試片與負載方向不平行，使得三明治結構一側承受較大壓應力所導致。曲 線至 a 點後，應變規-A 曲線開始轉向，逐漸朝正應變方向發展，三明治結 構發生局部挫屈現象，如圖 2.9(a)所示。挫屈行為產生後，試片可繼續再承 受負載，最後到達最大壓縮負載(b 點)後，試片一端裂紋先行成長造成破壞 (c 點)，如圖 2.9(b)所示。當夾頭位移持續增加，造成脫層區域另一端的裂 紋成長，導致試片完全破壞失效(d 點)，如圖 2.9(c)所示。其中，破壞後的 應變規-A 與應變規-B 兩條曲線最後皆為正應變，顯示兩側破壞後皆朝外翹 曲，導致表層與芯材的分離。

60 mm 脫層長度試片的負載與壓縮位移響應圖如圖 2.10 所示。從圖中 可明顯看出前半段曲線與後半段曲線的斜率不同，此即代表由於結構產生 局部挫屈的現象，使得結構轉變成不穩定的狀態，導致承受負載的能力降 低，最後隨著壓縮位移的增加，試片完全破壞。

圖 2.11(a)為脫層長度為 60 mm 時，整體試片的破壞路徑圖，從圖中可 發現破壞的裂紋從脫層區域延伸至夾持端兩端，造成表層與芯材的分離；

圖 2.11(b)的脫層尖端局部放大圖中，裂紋的路徑方向為繞過片膠朝剛性較 弱的芯材延伸，造成芯材先行破裂，從圖 2.12 中可明顯看出片膠上還殘留 著部份芯材且表層並無毀壞，表示裂紋路徑主要分布在芯材與片膠交界處 附近。相同脫層長度試片重複四次實驗之結果如表 2.5 所示，挫屈負載平均 值約為 3.6 kN，破壞負載平均值約為 8.0 kN，試片的主要挫屈模式為局部 挫屈。

當脫層長度為 70 mm 時，其負載與應變關係如圖 2.13 所示。試片整體 壓縮行為與 60 mm 脫層長度試片大致相同。主要挫屈模式為含脫層側的局 部挫屈，導致在脫層區域尖端處的芯材先行破壞，最後造成裂紋向夾持兩 端延伸，使得表層與芯材的分離，試片整體裂紋路徑如圖 2.14(a)所示，圖 2.14(b)為脫層尖端之局部放大圖，從圖中同樣可發現，脫層尖端之裂紋會 略為先向芯材方向破裂，之後再回到芯材與表層的交界處。相同脫層長度 試片重複八次實驗之結果如表 2.6 所示，挫屈負載平均值約為 2.9 kN，破壞

負載平均值約為 7.7 kN。

統整以上三組結果以及結合賴[20]之實驗結果，脫層長度對試片的挫屈 負載以及最大壓縮負載關係如表 2.7 所示。無脫層試片與 10 mm 脫層試片 挫屈模式皆為總體挫屈，10 mm 脫層試片之挫屈負載較無脫層試片略小，

但兩者最大壓縮負載相同，表示當脫層長度較小時，對其整體結構承受負 載能力並無影響。兩者破壞模式皆為因總體挫屈使結構承受過大的彎曲，

造成芯材發生破壞，且芯材部分會有明顯的斜裂紋存在；反觀 30、50、60 及 70 mm 的脫層長度試片，實驗結果顯示四組試片的挫屈模式皆為結構的 局部挫屈，且當脫層長度越長，其挫屈負載值與破壞負載值隨之下降，其 中 50、60 與 70 mm 之最大壓縮負載值相近，顯示當脫層長度長至一定範圍 後，壓縮強度則不再下降，與文獻[3]的趨勢相吻合，且破壞模式皆由於脫 層區域裂紋的成長造成表層與芯材的分離。

2.3.2 [(0/90)

]

為了比較不同表層厚度造成的影響，本研究選用[(0/90)3]S 的疊層順序 做為複合材料三明治結構的表層，並以無脫層長度、10、60 及 70 mm 脫層 長度之試片進行三明治結構壓縮實驗。

首先，探討無脫層長度之試片結果，無脫層長度試片之負載與應變響應 圖如圖 2.15 所示，一開始試片尚未發生挫屈，o-a 段負載與應變呈線性關係，

接著應變規-A 側發生挫屈現象，其應變逐漸轉為拉伸應變，另一側則持續

為壓縮應變，挫屈產生後，試片大約能再承受 1 kN 的負載，即到達所能承 受的最大壓縮強度(b 點)，接著發生破壞(c 點)。從曲線中得知，試片一側是 拉伸應變，一側是壓縮應變，代表破壞之試片左右兩側皆向同方向彎曲，

因此判斷其挫屈模式為總體挫屈，且造成芯材因承受過大彎矩而破裂，圖 2.16 中可看出芯材部分有明顯的兩條斜裂紋，裂紋與表層的夾角平均約為 43.8 度。試片整體裂紋破壞路徑如圖 2.17 所示，圖中可發現芯材的斜裂紋 朝試片兩端延伸導致試片的完全破壞。相同脫層長度試片重複三次實驗之 結果如表 2.8 所示，挫屈負載平均值約為 21.6 kN，破壞負載平均值約為 22.4 kN。

當脫層長度為 10 mm 時，應變規-A 與應變規-B 測得的負載與應變響應 圖如圖 2.18 所示。實驗曲線在 a 點時，代表應變規-B 到達最大壓縮應變值，

之後曲線產生轉折且逐漸朝正應變方向發展，其為無脫層側的表層發生挫 屈之現象，然而，應變規-A 之曲線則保持為壓縮應變。當曲線到達最大壓 縮負載(b 點)之後試片會迅速發生破壞(c 點)。試片發生破壞後，應變規-A 為壓縮應變，應變規-B 為拉伸應變，顯示主要挫屈模式為總體挫屈且試片 朝完好的表層方向翹曲，且芯材同樣有明顯的斜裂紋，其與表層之夾角平 均約為 47 度，如圖 2.19 所示。試片在發生總體挫屈後，因為承受彎矩造成 芯材破裂，裂紋路徑延伸通過脫層區域，如圖 2.20 所示。相同脫層長度試 片重複四次實驗之結果如表 2.9 所示，挫屈負載平均值約為 21.4 kN，破壞

負載平均值約為 22.3 kN。

接著，探討 60 mm 脫層長度實驗結果，其負載與應變關係如圖 2.21 所 示。當結構到達最大壓縮應變值(a 點)時，應變規-A 之曲線發生轉折，應變 值朝拉應變(正應變)方向發展，代表應變規-A 側開始發生局部挫屈現象，

如圖 2.22(a)所示；然而，應變規-B 則持續維持壓應變狀態。當曲線到達最 大壓縮負載後(b 點)，試片發生破壞，造成裂紋迅速成長至試片兩端(c 點)。

從圖中可發現，應變規-A 與應變規-B 曲線最後皆為拉伸應變，表示破壞後 的試片各自向外翹曲，造成脫層區域的裂紋成長，導致表層與芯材的分離，

如圖 2.22(b)所示。

試片整體破壞路徑如圖 2.23(a)所示，裂紋路徑通過脫層區域，於靠近 芯材與片膠交界面向夾持兩端延伸，從圖 2.23(b)的局部放大圖中可發現，

在脫層尖端之裂紋繞過剛性較強之片膠，朝剛性較低之芯材延伸一小段距 離，之後，裂紋回到靠近芯材與片膠之交界面處。由圖 2.24 中觀察發現，

靠近脫層區域兩端之片膠上殘留破壞的芯材，但在遠離脫層區則較無芯材 殘留，再次顯示裂紋繞過片膠後回到靠近芯材與片膠交界面持續延伸。相 同脫層長度試片重複四次實驗之結果如表 2.10 所示，挫屈負載平均值約為 9.6 kN，破壞負載平均值約為 13.8 kN。

最後，探討 70 mm 脫層長度之實驗結果，其負載與應變圖如圖 2.25 所 示。曲線之趨勢與 60 mm 脫層長度之曲線相似，應變規-A 之曲線在到達最

大壓縮應變點(a 點)後發生轉折，代表含脫層側的表層產生挫屈現象，如圖 2.26(a)所示；之後，隨著壓縮位移的增加，曲線到達最大壓縮強度(b 點)後 迅速發生破壞，從圖中可發現，應變規-A 與應變規-B 之曲線最後皆為拉伸 應變(c 點)，代表破壞後的試片兩側表層皆各自向外翹屈，如圖 2.26(b)所示。

試片之裂紋路徑如圖 2.27(a)所示，破壞之裂紋通過脫層區域並向試片

試片之裂紋路徑如圖 2.27(a)所示，破壞之裂紋通過脫層區域並向試片