抗拉強度
理解和測量抗拉強度簡介
抗拉強度是研究人員、工程師和品質管制部門用來評估材料、產品或組件機械性能的關鍵測量指標。材料的抗拉強度定義為試樣在失效前所能承受的最大機械拉伸（拉力）應力，儘管失效的定義因材料類型及其設計而異。
當材料承受越來越大的拉應力時，其原子之間的鍵會被拉伸，然後隨著應力的增加最終斷裂。當原子鍵僅僅被拉伸時，該材料被認為處於其彈性區域內，此時移除力將使材料恢復到其原始形狀。一旦原子鍵斷裂，材料就進入了塑性區域。這意味著材料已經發生了化學變化，並且在移除力後將不再恢復到其原始形狀。在測試的此階段，試樣通常會開始出現可見的變化，在中心變窄，這種現象稱為「頸縮」。
根據所評估的材料，可以在材料進入塑性變形階段（即其屈服點）或材料最終斷裂的點評估抗拉強度。在塑性變形點評估抗拉強度稱為屈服強度。在試樣斷裂點評估抗拉強度稱為極限抗拉強度。
被測材料的類型將決定屈服強度或極限抗拉強度是否提供最有用的資訊。例如，諸如金屬之類的延展性材料通常在屈服點進行評估，而諸如複合材料之類的脆性材料通常在斷裂點進行評估。這兩個點以及彈性模量都是用於幫助表徵材料強度的重要計算。
抗拉強度的測量單位
在國際單位制中，抗拉強度以帕斯卡或兆帕表示，這相當於牛頓/平方米 (N/m²)。在美國系統中，它以磅/平方英寸（lbf/in² 或 psi）表示。
如何計算抗拉強度？
抗拉強度的計算方法是用試樣的橫截面積除以所達到的最大拉力。抗拉強度 (σ) = 最大拉力 (F) / 試樣橫截面積 (A)：
如何測量抗拉強度？
抗拉強度是通過在萬能試驗機上執行拉伸試驗來測量的，並且必須注意確保結果準確且可重複。以應力單位（Pa 或 psi）而不是力單位（N 或 lbf）評估材料的抗拉強度/屈服強度有助於結果的可重複性。這是因為準備好的材料/試樣具有可能變化的厚度和寬度公差，並且應力考慮了每個試樣抗拉強度計算的厚度和寬度測量值。例如，如果操作員測試了同一批次的 5 個試樣，並且所有試樣的厚度都不同，則它們的最大力值可能具有更寬的範圍，而它們的應力值將保持可比性。
此圖顯示了不同曲線類型的上下屈服強度的示例，其中 Reh 表示上屈服強度，Rel 表示下屈服強度，a 表示初始瞬態效應。這些曲線代表了測試金屬時經常看到的行為。
常用材料的抗拉強度
| 材料 | 屈服強度 (MPa) | 極限抗拉強度 (MPa) |
| 尼龍-6 | 45 | 45-90 |
| 丙烯酸，透明澆鑄板 (PMMA) | 72 | 87 |
| 鋁 | 95 | 110 |
| 銅 | 70 | 220 |
| 結構鋼，ASTM A36 鋼 | 250 | 400-550 |
| 鋼，不鏽鋼 AISI 302 - 冷軋 | 502 | 860 |
| 鈦合金 | 730 | 900 |
| 鑽石 | 1600 | 2800 |
| 芳綸（克維拉或特瓦倫） | 3620 | 3757 |
| 碳纖維（東麗 T1100G） （最強的人造纖維） |
- | 7000 單獨纖維 |
來源：https://www.engineeringtoolbox.com/young-modulus-d_417.html
用於測量抗拉強度的設備
抗拉強度以及其他拉伸特性是在 萬能試驗機. 此設備有多種不同的力容量可供選擇，最大力容量範圍從 0.02 N 到 2,000 kN。除了拉伸測試外，這些機器還可以執行壓縮、彎曲、剝離、撕裂、剪切、摩擦、扭轉、穿刺以及各種其他類型的測試，以便充分表徵材料、組件和成品的機械性能。根據您實驗室的吞吐量要求，還可以提供多種自動化系統。
高達 300 kN 的萬能試驗系統 - 6800 系列
6800 系列專為卓越性能而設計，可為當今的操作員提供無與倫比的準確性和可靠性、改進的人體工程學和增強的測試體驗。力容量範圍為 0.02 N (2 gf) 至 300 kN。
高達 300 kN 的萬能試驗系統 - 3400 系列
3400 系列測試系統提供例行、標準化 QC 測試和通用機械測試所需的簡便性和性能。力容量範圍為 0.02 N (2 gf) 至 300 kN。
高達 2000 kN 的工業萬能試驗系統
Instron 的工業系列包括具有單個或雙個測試空間的框架，力容量範圍從 300 kN 到 2000 kN，用於測試高強度金屬、合金和複合材料。
自動化測試系統
Instron 的自動化測試系統系列使實驗室能夠提高吞吐量、可重複性和安全性，同時釋放熟練的操作員，使其能夠專注於其他有價值的任務。
