拉伸試驗
簡介

極限拉伸強度

我們可以確定的關於材料最重要的性能之一是其極限拉伸強度（UTS）。這是試樣在測試期間承受的最大應力。UTS 可能等於或不等於試樣的斷裂強度，這取決於材料是脆性的、延性的，還是同時表現出這兩種性質。有時材料在實驗室測試時可能表現出延性，但當在服務中暴露於極冷溫度時，可能會轉變為脆性行為。

胡克定律

對於大多數材料，測試的初始部分將表現出施加的力或負載與試樣伸長之間的線性關係。在這個線性區域中，線遵循胡克定律定義的關係，其中應力與應變的比率是一個常數。E 是這個區域中線的斜率，其中應力（σ）與應變（ε）成正比，稱為彈性模量或楊氏模量：

$$E=\frac{\sigma }{\epsilon }$$

彈性模量

彈性模量是材料剛度的度量，只適用於曲線的初始線性區域。在這個線性區域內，如果移除拉伸負載，材料將恢復到施加負載之前的完全相同狀態。在曲線不再線性並偏離直線關係的點上，虎克定律不再適用，試樣會發生一些永久變形。這個點稱為彈性或比例極限。從拉伸試驗的這一點開始，材料對任何進一步的負載或應力增加都會產生塑性反應。如果移除負載，它將不會回到原始的未受應力狀態。

屈服強度

材料的屈服強度定義為開始發生塑性變形時施加於材料的應力。

偏移法

對於某些材料（如金屬和塑膠），從線性彈性區域的偏離不容易識別。因此，允許使用偏移法來確定材料的屈服強度。這種方法常用於測量金屬的屈服強度。根據ASTM E8/E8M測試金屬時，偏移被指定為應變的百分比（通常為 0.2%）。當從偏移「m」處繪製線性彈性區域的線（斜率等於彈性模量）時，從交點「r」確定的應力（R）成為偏移屈服強度。

替代模量

某些材料的拉伸曲線沒有很好定義的線性區域。在這些情況下，ASTM 標準 E111 提供了確定材料模量以及楊氏模量的替代方法。這些替代模量是割線模量和切線模量。

應變

我們還可以找到試樣在拉伸測試期間經歷的拉伸或伸長量。這可以表示為長度變化的絕對測量值，或表示為稱為「應變」的相對測量值。應變本身可以用兩種不同的方式表示，即「工程應變」和「真實應變」。

工程應變可能是最簡單且最常用的應變表達方式。它是長度變化與原始長度的比率：

$$e=\frac{L-Lₒ}{Lₒ}=\frac{\mathrm{\Delta }L}{Lₒ}$$

真實應變類似，但是基於測試過程中試樣的瞬時長度，其中 L_i 是瞬時長度，L₀ 是初始長度：

$$\epsilon =In\frac{Lᵢ}{Lₒ}$$