第三章 封閉式泡沫鋁壓力實驗
3.2 記錄試樣變形狀態之壓力實驗
3.2.2 TOP 區域受壓實驗
TOP 區域除前述在微觀結構與力學行為外，在變形趨勢上也有別於其 他兩個區域。首先探討在 D1實驗時表面微觀結構變化情形（實驗 TOP_L08，
相對密度為 8.75%）。圖 3.16 為 TOP_L08 試樣的受壓應力─位移關係圖，
圖 3.17 為此實驗的變形情況。圖中水平與垂直方向為方向 3 與方向 1，表 面變形圖片下的數字對應到圖 3.16 上的數字。
觀察圖 3.17 狀態□0 ，可發現本試樣之短軸方向為垂直方向。與前述兩 組實驗類似，在局部應力極大值（σI1 =1.02MPa）後亦出現應力波谷，應力 落差值約 9%。有趣的是，此後應力並非持續上升，反而呈現波動（fluctuation）
的情形。此實驗所量測之彈性模數為E*1 2E 10 359 .
0 × −
= 。在細胞結構上，與
狀態□0 相比，狀態□1 時靠近溝狀結構區域開始產生局部變形。到達狀態□2 時，
狀態□1 的局部變形逐漸擴張，主要變形區域以表面中間偏上方之區域為主。
在狀態□3 時，底部開始出現範圍較小的局部變形區。在狀態□4 時，仍可觀 察到左下及上方的區域尚未變形。此實驗之應力平台σP1 =1.10MPa，應力平 台長度則為∆εP2 =46.49%（橫跨狀態□1 、□2 、□3 及□4 ）。在應力平台階段，
應力值波動情況在狀態□3 前較為明顯，狀態□3 後則逐漸緩和。直到狀態□5 ， 表面細胞狀結構幾乎完全被壓密實。
總結 TOP 區域 D1實驗結果，初始局部變形大部分集中在溝狀結構附近，
此與前述兩組實驗有異（其餘兩個區域試樣局部變形區之出現位置較無規 律）。應力平台階段之應力值呈現波動，亦不同前述實驗之緩步上升。
3.2.2.2 D2與 D3方向實驗
最後以實驗 TOP_L06（相對密度為 8.60%）探討 TOP 區域受壓於 D2 時表面微觀結構的變化情形。圖 3.18 為 TOP_L06 之受壓應力─位移關係圖，
圖 3.19 為表面結構的變形狀態。圖中水平與垂直方向分別為方向 1 及方向 2，表面變形圖片下的數字對應到圖 3.18 上的數字。
在圖 3.19 狀態□0 的細胞結構，垂直方向之細胞尺寸明顯長於水平方向，
與圖 3.17 狀態□0 有明顯的差異存在。此實驗之局部極大應力為σI2 =1.66MPa， 與緊鄰應力波谷之應力落差達 37%，遠大於前述D1實驗，此後應力值亦呈 現與實驗TOP_L08 相仿之波動情形。量測之彈性模數E*2 2E
10 767 .
0 × −
= ，大
D1實驗彈性模數兩倍以上。在狀態□1 時，表面左下方往上約 1/3 高度及右
側中間處出現局部變形，直到狀態□2 時兩者局部變形擴大。此時表面底部 幾乎已經變形，且在左下角及右下角發現部分材料被擠出。在狀態□3 時，
底部變寬，左下及右下被擠出的材料量明顯增加。而上半部的寬度並沒有 明顯變化，且表面上半部尚未變形。達到狀態□4 時，表面上半部出現變形，
整體形狀呈現上半部較窄，而下半部較寬的情形。此實驗之應力平台 MPa
55 .
2 =1
σP ，應力平台長度∆εP2 =60.84%（橫跨狀態□1 、□2 、□3 及□4 ）。在 應力平台期間，應力值波動幅度較TOP區域D1實驗明顯許多。達到狀態□5 時，
試樣已完全壓密。與原始未變形的狀態□0 比較，可看出底部寬度明顯增加。
總結 TOP 區域實驗，D2或 D3實驗之局部極大應力值、彈性模數與應 力平台皆大於 D1實驗。同時應力平台長度比 D1實驗大，此現象與 BOT 區 試樣實驗明顯不同。局部極大應力值與鄰近應力波谷之應力落差亦大於 D1 實驗者。另外在受壓過程中，觀察到會有部分材料被擠出，整體試樣在受 壓後寬度有明顯增加。
3.3 討論
實驗結果顯示，影響泡沫材料力學行為之主要因素為試樣相對密度及 施力方向。
（一）相對密度
在相同的受壓方向下，BOT 與 MID 區域三個機械參數（E*、σI、σP）
大致上隨相對密度增加而增加。TOP 區域中的 D2與 D3受壓實驗也有相同 的結果，即相對密度增加時，機械參數數值也增加。而 D1受壓實驗中則無 明顯的關聯性。在整體力學行為上，BOT 與 MID 區域的實驗皆是相對密度 越高時，反應曲線也越高，且在 TOP 區域中的 D2與 D3受壓實驗也有相同 的結果。
（二）方向
在相似的相對密度下，BOT 區域和 MID 區域於 D1實驗之反應曲線高 於 D2與 D3實驗之反應曲線，到達局部極限應力後應力下降的幅度亦以 D1 最為明顯，在機械性質參數上，也以 D1實驗為最大。當試樣相對密度接近 時， D2及 D3曲線亦十分接近。在 TOP 區域中，D1實驗之反應曲線、機械 性質參數皆為三方向中最低。對照前一章的寬高比測量結果，可得出如下 結論：長軸方向受力時整體力學反應、機械性質參數均高於其他方向。短 軸方向受力時整體力學反應與機械性質參數則低於其他方向。
在另一組實驗中，除力學反應之外，我們同時記錄了試樣微結構之變 形狀況。應力方面，在 BOT 區域實驗之應力平台階段，應力值皆呈現逐漸 地緩步上升。MID 與 TOP 兩區域實驗，應力平台階段之應力值則呈現幅度 不同之波動情形。
變形方面，與物理直觀不盡相符的是，在受力過程中，泡沫材料微觀 結構之變形並不均勻（non-uniform）。相反地，幾乎在所有實驗中，我們均
觀察到變形集中（deformation localization）的情形。變形集中常以條狀區域
（localization band）出現，而此等區域初始產生（initiation）位置，亦各有 不同。在 BOT 與 MID 兩區域之實驗中，變形集中區域之產生位置並無明 顯規則。而在 TOP 區域實驗中，變形集中則較常出現於表面溝狀結構附近。
另外 TOP 區域 D2及 D3實驗中，試樣部分材料被擠出而導致在受壓之後整 體寬度有明顯增加。