4.4 拉伸試驗機
實驗所用之拉伸試驗機有兩種，其拉伸試驗機之各項資料如下:
第一種:
廠 牌：Hung Ta Instrument Co., LTD.
型 號：HT-9102A(如圖 4-3)
第二種:
廠 牌：MTS 型 號：810
4.5 單一階段識別法之應變量測
本節主要說明
複合材料積層板結構，在主結構方向即 x-方向施 以一軸向拉力 F 時，或複合材料積層樑結構，做三點彎曲試驗時，量 測其軸向應變、橫向應變及剪應變值，以做為單一階段識別所需之實 驗應變值。4.5.1 複合材料積層板結構受軸向負載之應變量測
本節主要介紹單一階段識別法之複合材料積層板結構之軸向負載 與應變量測，即是以奇數層對稱堆疊的複合材料積層板結構，夾持於 拉伸試驗機之上下夾頭上，在主結構方向即 x-方向施以一軸向拉力 F 時，以應變規及其量測儀器來量測其軸向應變、橫向應變及剪應變值，
以實驗所得之各項實際應變量測值，作單一階段之複合材料積層板結 構之各彈性常數識別。為了能將平板完全夾持住，其奇數層對稱堆疊 的複合材料積層板結構之試寬度取 30mm。其詳細試片(如圖 4-4)規格 如下:
試驗區間長：220 mm 寬：30 mm 厚：1.125 mm
疊 層：每層厚度 0.125 mm ，9 層共厚 1.125 mm
本文分別做[(30°/-30°)4/30°]之複合材料積層板結構承受軸向拉力
F= 0.5kN之拉伸後的軸向應變、橫向應變及剪應變之實驗應變值，及 [(45°/-45°)4/45°]之複合材料積層板結構承受軸向拉力F= 0.3kN之拉伸 後的軸向應變、橫向應變及剪應變之實驗應變值，來印證本方法是確 實可行的。
先量測[(30°/-30°)4/30°]之複合材料積層板結構承受軸向拉力F= 0.5kN 之拉伸後的軸向應變、橫向應變及剪應變之實驗應變值，其拉伸試驗 機廠牌為Hung Ta Instrument Co., LTD.，型號為HT-9102A，拉伸速率為 0.01 mm/s。
值得一提的是拉伸試驗機夾持試片用之上下夾頭，有許多文獻皆 在探討克服試片夾持端效應的方法[39-43]，Pagano和Halpin [42]在探討 單一偏角(Off-axis)之複合材料積層板，克服試片夾持端之影響，他們 是利用試片在挾持端兩端鑽孔，利用其可轉動之上下夾頭來克服剪變 形所造成之影響，在其文獻中，明白指出測試區間之長寬的比值必須 要大於六，即 6
ba > 才可降低挾持端之效應; Pindera及Herakovich [41] 在 探討單一偏角之複合材料積層板，做拉伸試驗時之剪力與剪應變之特 性，利用試片在挾持端兩端鑽孔，及其可轉動之上下夾頭來克服剪變 形所造成之影響，並在試片中間貼三軸之應變規，利用三軸之應變值 轉換成單一偏角之複合材料積層板之剪應變值，進而求取單一偏角之 複合材料積層板的剪力常數G12; Marín等[39-40] 以拉伸試驗之法來探 討複材剪力常數之性質，其文獻中，明白指出測試區間之長寬的比值 必須要大於六，才可降低挾持端之效應，他們以單一偏角之複合材料
積層板做拉伸試驗，以集中因數來修正挾持端效應對剪力常數G12之影 響; Sun及Chung [43] 提出計算斜角護片斜角的，來克服單一偏角之複 合材料積層板，拉伸時試片夾持端應力不均之現象的影響，此方法是 較簡單試片不用鑽孔且夾持端可用油壓夾頭。本文所選用試片為正負 角對稱堆疊之複材積層板，在偶數層時無剪應變，在奇數層時剪應變 相對於單一偏角之複合材料積層板小很多，本文所用之試片，其測試 區間之長寬的比值即 7.33
ba ≅ ，依有限元素分析，挾持端之效應約在遠 離挾持端0.3 的單位長度時，無挾持端之效應，本文所用之夾頭為可稍 微轉動之傳統機械式夾頭，即可量測到試片中間所貼之可接受誤差的 三軸應變值。
圖 4-5 (a)、(b)、及(c)分別是[(30°/-30°)4/30°]之複合材料積層板結 構承受軸向拉力F= 0.5kN之拉伸後的負載-軸向應變、負載-橫向應變及 負載-45°方向應變圖。
其應變規組為KYOWA之型號KFG-3-120-D17-11L3M2S，此型式之 應變規組，可量測主結構方向x-方向之應變值，即 0°方向之應變值ε0， 和量測主結構方向y-方向之應變值，即 90°方向之應變值ε90，以及量測 與主結構方向x-方向夾角 45°之應變值ε45，用此應變規組所量測到的三
個 應 變 值 ， 即 可 找 到 我 們 欲 得 之 軸 向 應 變 、 橫 向 應 變 及 利 用 )
(
2 45 0 90
xy = ε − ε +ε
γ 而算出剪應變值。
另外改變不同荷重及拉伸方法，以手動調至0.3kN後，取部分數據
之平均值，來做[(45°/-45°)4/45°]之複合材料積層板結構承受軸向拉力F=
0.3kN之拉伸，其拉伸試驗機之各項資料如上所述；其應變規組為 KYOWA之型號KFG-3-120-D17-11L3M2S。
以所量測到之奇數層對稱堆疊的複合材料積層板結構，在承受主 結構方向即 x-方向之軸向拉力 F 時的軸向應變、橫向應變及剪應變的 實際實驗應變值，作為建立複合材料積層板結構之材料彈性常數識別 的數值最佳化目標函數即誤差函數之數學模式，以複合材料積層板結 構之各項彈性常數為數值最佳化之設計變數，其設計變數再以隨機多 起始點方式及數值最佳化方法，找尋誤差函數的極小值，當找到誤差 函數之極小值時，而此時之設計變數即為複合材料積層板結構之各彈 性常數值，再將識別出來之各彈性常數值，和標準試片的各彈性常數 值做比對，來證實本文研究之方法在識別複合材料積層板結構的各項 材料彈性常數值之可行性及精確性。
4.5.2 複合材料積層樑結構之三點彎曲試驗與應變量測
對複合材料積層樑結構而言，首先探討的是以有可量測到對稱堆 疊之複合材料積層樑結構的軸向應變、橫向應變及剪應變值時，做單 一階段之複合材料積層樑結構的材料彈性常數識別，其方法是將相同 製程之複合材料積層樑結構置於做三點彎曲之基座上，其施力夾頭則 夾於伸試驗機之上夾頭上，在複合材料積層樑結構之中間處施以一壓 力F(如圖 4-6、4-7)再以應變規及其量測儀器來量測複合材料積層樑結 構下表面之軸向應變、橫向應變及剪應變值。
本文將分別量測[(45°/-45°)6]s複合材料積層樑結構中心承受壓力 F= 3N之三點彎曲後的軸向應變、橫向應變及剪應變值，及[(60°/-60°)6]s 複合材料積層樑結構中心承受壓力F= 3N之三點彎曲後的軸向應變、橫 向應變及剪應變值。
首先量測[(45°/-45°)6]s複合材料積層樑結構中心承受壓力F= 3N之 三點彎曲後的軸向應變、橫向應變及剪應變值，其拉伸試驗機為Hung Ta Instrument Co., LTD.，型號為HT-9102A，上夾頭下壓速率 0.01 mm/s。其應變規組為KYOWA之型號KFG-3-120-D17-11L3M2S，此型 式之應變規組，此型式之應變規組，可量測主結構方向x-方向之應變 值，即0°方向之應變值ε0，和量測主結構方向y-方向之應變值，即 90°
方向之應變值ε90，以及量測與主結構方向x-方向夾角 45°之應變值ε45，
用此應變規組所量測到的三個應變值，即可找到我們欲得之軸向應 變、橫向應變及剪應變值。
其詳細試片(如圖 4-8、4-9)規格如下:
試片總長 : 232 mm 試驗區間長: 200 mm 試 片 寬 : 12 mm 試 片 厚 : 2.88 mm
疊 層：每層厚度 0.12 mm ，24 層共厚 2.88 mm
以實驗所之各項應變量測值，作為建立複合材料積層樑結構之材 料彈性常數識別的數值最佳化目標函數即誤差函數之數學模式，以複 合材料積層樑結構之各彈性常數為數值最佳化之設計變數，其設計變 數再以隨機多起始點方式及數值最佳化方法，找尋誤差函數的極小 值，當找到誤差函數之極小值時，而此時之設計變數即為複合材料積 層樑結構之各彈性常數值，再將識別出來之各彈性常數值，和標準試 片的各彈性常數值做比對，來證實在識別複合材料積層板及樑結構的 各項材料彈性常數值之可行性及精確性。
其次重複上述方法，再量測[(60°/-60°)6]s複合材料積層樑結構中心 承受壓力F= 3N之三點彎曲後的軸向應變、橫向應變及剪應變值，其拉 伸試驗機之各項資料如上所述。
其應變規組為KYOWA之型號KFG-3-120-D17-11L3M2S，此型式之 應變規組，可量測主結構方向x-方向之應變值，即 0°方向之應變值ε0， 和量測主結構方向y-方向之應變值，即 90°方向之應變值ε90，以及量測 與主結構方向x-方向夾角 45°之應變值ε45，用此應變規組所量測到的三 個應變值，即可找到我們欲得之軸向應變、橫向應變及剪應變值。
圖 4-10 (a)、(b)、(c)是[(45°/-45°)6]s之複合材料積層樑結構作三點 彎曲試驗力F=3N之拉伸後的負載-軸向應變、負載-橫向應變及負載-45°
方向應變圖；圖 4-11 (a)、(b)、(c)是[(60°/-60°)6]s之複合材料積層樑結
構作三點彎曲試驗力F= 3N之拉伸後的負載-軸向應變、負載-橫向應變 及負載-45°方向應變圖;其詳細試片規格詳如上述，以實驗所之各項應 變量測值，作為建立複合材料積層樑結構之材料彈性常數識別的數值 最佳化目標函數即誤差函數之數學模式，以複合材料積層樑結構之各 彈性常數為數值最佳化之設計變數，其設計變數再以隨機多起始點方 式及數值最佳化方法，找尋誤差函數的極小值，當找到誤差函數之極 小值時，而此時之設計變數即為複合材料積層樑結構之各彈性常數 值，再將識別出來之各彈性常數值，和標準試片的各彈性常數值做比 對，來證實在識別複合材料積層板及樑結構的各項材料彈性常數值之 可行性及精確性。
4.6 兩階段識別法之應變量測
本節係說明
複合材料積層板結構，在主結構方向即 x-方向施以 一軸向拉力 F 時，或複合材料積層樑結構，做三點彎曲試驗時，量測 其軸向應變及橫向應變值，以做為兩階段識別所需之實驗應變值。4.6.1 複合材料積層板結構之應變量測
本節探討的是兩階段識別法之複合材料積層板結構之軸向負載與 應變量測，其是以偶數層對稱堆疊的複合材料積層板結構，在承受主 結構方向即x-方向之軸向拉力F時，只有軸向應變及橫向應變值，則必 需使用兩階段之複合材料積層板結構之彈性常數識別法，依前述之方 法先以應變規及其量測儀器來量測±45。偶數層對稱堆疊的複合材料積
本節探討的是兩階段識別法之複合材料積層板結構之軸向負載與 應變量測，其是以偶數層對稱堆疊的複合材料積層板結構，在承受主 結構方向即x-方向之軸向拉力F時，只有軸向應變及橫向應變值，則必 需使用兩階段之複合材料積層板結構之彈性常數識別法，依前述之方 法先以應變規及其量測儀器來量測±45。偶數層對稱堆疊的複合材料積