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先进复合材料测试流程简化解决方案
远航

2017-11-10 | 聚焦

随着航空航天工业复合材料的使用不断扩大,测试标准和相应的客户要求在不断发展。新型复合材料发展的关键促进因素是定制材料以实现特定性能的能力越来越强,而通过物理测试对这些性能进行可靠的表征是确保复合材料符合规格所必需的。因此,在保障这些独特材料与航空航天应用严格要求相一致的条件下,开发这些材料的测试流程简化解决方案将能够适应不断增长的市场需求。

德国全球顶尖的万能材料试验机制造商Zwick Roell,最近为一家提供玻璃纤维和复合材料的客户开发了一种电动力学线性驱动试验机(LTM),该客户是按照其服务对象的严格质量要求开展疲劳测试任务,动态测试规范必须在高于10Hz的测试频率下运行,这超过了现有的测试设施能力,因此需要引入新的质量控制程序来评估玻璃纤维复合材料航空航天样本的材料性能,该过程的一部分包括表征应力弯曲如何影响主材料轴上的平面。但是,复合材料不是各向同性的,而是在不同的平面上表现出不同的材料属性和失效模式。此外,纤维取向也使得复合材料的材料性能评估比其他材料(如金属和塑料)要复杂得多。

复合材料属性评估

由于纤维增强复合材料是由定向或随机取向的细纤维组成,因此根据纤维取向,材料需要不同的测试。失效模式的相互作用例如面内失效与通过部件厚度的分层相结合,使得测试复杂性大大提升,以至于典型的单轴测试不能捕获这些相互作用,必须设计测试程序来调查并评估其对产品性能的影响。为了准确评估玻璃纤维复合材料,Zwick的客户需要在3点弯曲模式下进行试样的高周疲劳(HCF)测试,频率为25 Hz,峰值力高达1.4 kN(代表峰值约10毫米的峰值位移)。测试的目的是确定试件断裂的循环次数。预计疲劳寿命可高达300万次。

通过在给定负载下生成应力与周期的关系曲线(称为沃勒曲线),可以量化组件或材料的疲劳特性,其中疲劳强度由组件在指定循环次数内可承受的最大应力来确定。然后可以将零件的耐久极限定义为应力水平,在该应力水平之下,不发生故障,这意味着该零件在理论上具有无限寿命。如果超过耐力极限,疲劳失效可能会很快发生。这是累积应力循环的结果,可以通过热,机械或振动效应来应用。性能必须通过模拟安装条件的循环测试来证明足够的疲劳强度。复合材料的各向异性性质要求材料测试计划将纤维取向考虑在内,并相应地应用不同的测试。

一种可靠的测试解决方案

用于复合材料可靠测试的最佳实践与用于许多其他材料的最佳实践相似,包括需要经过培训的测试人员,完整的程序和设计良好的测试设备。为了满足这样的要求,无油LTM安装了5kN带质量补偿的测力传感器,testControl 11电子设备,testXpert R测序软件和3点弯曲夹具。LTM还采用了一个开放的圆柱形设计执行器,为内部编码器提供了空间,可以直接安装在测试样本附近的力轴上。这使得高定位重复性和精确的执行器活塞行程测量在±2μm以内。 LMT只需要电源供电,电机提取足够的电流来进行测试,从而降低了高频测试的能源和金钱成本(信息来源:美国航宇制造工程,2017.11.09

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原文链接:航宇制造工程
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