簡易拉力實驗與平面剪力實驗

簡易拉力實驗與平面剪力實驗都屬於單軸向實驗，在實驗設備與規劃上皆有很高之 相似性，因此本研究結將兩個實驗歸在同一節做介紹。在材料實驗中，以簡易拉力實驗 最為普及，同時也有正式之實驗規範，本研究之簡易拉力實驗係參考ASTM（American Society for Testing Material，美國材料與試驗協會）實驗規範 D638 所建立，ASTM 實驗 規範D638 係針對塑膠材料所建立之標準實驗規範。而平面剪力雖無正式規範，但與簡 易拉力實驗有很高之相似性，因此同樣係參考ASTM 實驗規範 D638 建立。

2.4.1 實驗規劃

簡易拉力實驗與平面剪力實驗之試片規格如圖2.4 與圖 2.5 所示，簡易拉力實驗之 試片規格係參考ASTM 實驗規範 D638 中第四型非剛性體（Type IV，Nonrigid Plastic）

之試片規格，平面剪力實驗因夾具尺寸限制故設計為簡單之矩形試片。高分子材料因為 屬低強度之材料，正式實驗時應使用非接觸式測量系統如光學測位儀，量測試片之量規 區段（Gage Length）變化情況。但因此類器材成本偏高並且準備不易，而本研究之重點 主要目的為建立整體性之流程，在考慮到成本問題與研究目的之情況下，本研究在簡易 拉力實驗與平面剪力實驗中之拉伸位移數據以夾鉗間距（Grip Length）為依據。

圖2.4 (a)簡易拉力試片規格(b)簡易拉力實際試片

(a) (b)

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圖2.5 (a)平面剪力試片規格(b)平面剪力實際試片

簡易拉力與平面剪力之實驗邊界條件皆採用等應變率拉，實驗所設定之主要參數有 施力精度、位移精度、拉伸應變率、總應變量與操作環境，如表2.1 所示。

表2.1 簡易拉力與平面剪力主要之實驗參數

簡易拉力實驗 平面剪力實驗

施力精度 解析度0.2 N 解析度1.5 N

位移精度 最小解析度0.01 mm 最小解析度0.01 mm 拉伸應變率 每分鐘增加1.0 每分鐘增加1.0

總應變量 達3.0 時停止實驗 達3.0 時停止實驗

操作環境 23 3 °C，50 5%相對溼度 23 3 °C，50 5%相對溼度

2.4.2 實驗設備

實驗設備之實際實驗情況如圖2.6 所示，其中平面剪力實驗在夾具另外內置墊片，

以提升夾具鎖附力減輕試片滑移問題。此微拉伸實驗機台為台灣弘達儀器公司所設計整 合，型號HT-9102，使用之荷重元（Load Cell）為日本 NMB 所生產，分為型號 U3B1-20K-B 之20 kg 荷重元，與本研究使用型號 U3B1-20K-B 之 200 kg 荷重元。

(a) (b)

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圖2.6 (a)簡易拉力實驗(b)平面剪力實驗

2.4.3 實驗結果

在MSC.Marc 軟體中，針對建立超彈體模型所需要輸入之實驗數據為工程應力

（Engineering Stress）與工程應變（Engineering Strain）的材料曲線，因此本研究實驗結 果以應力與應變曲線表示之。根據鞋氣墊實際在進行吸震試驗時所估計之變形量，輸入 有限元素分析材料模型之數據以前段應變值小於1.5 之區段為主。簡易拉力與平面剪力 之實驗結果如圖2.7 所示，為從五次實驗數據取出三次差異最小者，圖中包含簡易拉力 與平面剪力差異最小之三次實驗數據。

然而需要注意的是，簡易拉力與平面剪力實驗進行時，在試片與夾鉗間會發生些許 滑移之現象，滑移情況又以平面剪力較為明顯，因此所測出之實驗結果之材料強度應略 低於實際之材料強度。

(a) (b)

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  圖2.7 簡易拉力實驗結果與平面剪力實驗結果