量測部份

本實驗是利用MTS Tytron 250 微力試驗機(由逢甲大學微機電實 驗室提供)來作彎曲及疲勞試驗，此微拉伸試驗機為一閉迴路系統，

基本性能下：

1. 負載力量範圍：1 mN~250 N 2. 位移範圍：0.1 μm~ 100 mm 3. 最大頻率：50 Hz

4. Load cell：有 5 N 及 250 N 兩種，本實驗採用 5 N(量測精度 1 mN) 5. Displacement gage：位移精度 0.1 μm

此機台可分為右側傳動軸(actuator)及左側夾具固定座(fixture)兩 部份，施加負載用的探針，利用探針座安裝於傳動軸上，左側固定座 部份主要設計兩中介板，作為X-Y 平台、力感測器及試片夾持座的 連結，試片固定在試片夾持座上。配合不同的夾具及參數設定，可作 彎曲、拉伸及疲勞等測試，而整個機台是放置在光學防震桌上，以避 免量測時因為人為的走動，造成的實驗誤差，實驗架設示意圖如下圖。

圖 3-2 實驗架設示意圖

.2.2 量測流程 3.2.2.1 彎曲試驗

本實驗中的彎曲試驗部份，是把懸臂樑試片固定在試片夾持座 上，探針利用探針座固定在微拉力試驗機的傳動軸上，利用儀器中的 BTW (Basic Test ware)軟體，設定方向為水平軸方向，控制模式採用 位移模式(displacement mode)，實驗形式為單向型式(monotonic)，利 用CCD來對準，使探針施力於為懸臂樑表面上，其接觸點位於懸臂樑 的中心線上，並利用力感測器的數值，來判斷探針是否接觸試片，以 定義位移的原點，如圖 3-3所示。圖 3-4為探針與懸臂樑試片接觸 CCD影像。

在每位移停留30 秒，並擷取 30 秒內的力量及探針位移變化，30 秒後再將探針往前移動，反覆這樣的動作，實驗過程中，藉由力感測 器、位移感測器來擷取實驗中的力量、位移及時間，並透過控制盒傳 3

回電腦，有了力量及位移等數據，就可以做出力量對位移 (Force-displacement)的關係圖，並由力量-位移圖中的斜率變

5%，定義材料的比例限，再以此比例限作為疲勞測試時的最大位移 負載(δmax)。

化超過

圖 3-3 彎曲試驗示意圖

圖 3-4 探針與懸臂樑試片接觸 CCD 影像

3.2.2.2 疲勞試驗

疲勞試驗的部份，試驗架設與彎曲試驗一樣，也是利用BTW 軟 體，設定方向為水平軸向，控制模式同為位移控制模式，不同的是實 驗形式為循環模式(cyclic)，實驗波形採用正弦波(Sine Tapered)，其中 振幅則是根據彎曲試驗中所得到最大位移負載(δmax)，在進行疲勞測 試時，因為機台的限制，週期性位移的振幅的最小變動量為 1μm，因 此位移負載以2 μm 為間隔，最大不超過 δmax。

藉由力感測器、位移感測器來擷取實驗中的力量、位移及時間，

並透過控制盒傳回電腦，取樣頻率為160 Hz，再從得到的數據去分 析，從力量變化來判斷材料是否發生疲勞破壞，會有下列狀況 1. 力量在某一時間趨近於零，表示試片在這時間斷裂了，紀錄此時

的力量及時間。

2. 力量一直都維持定值，沒有改變，當循環次數到達 10⁶次時，即 視為沒有疲勞現象產生(20 Hz 估計約需 13.9 小時)。

經由分析過後的數據，可以得到試片產生疲勞現象時的力量及時 間，把時間乘上頻率 20 Hz 就是循環數，進而畫出 S-N 曲線，以做疲 勞壽命的差異與比較。

圖 3-5 疲勞試驗示意圖