德國(guó)全球頂尖的萬能材料試驗(yàn)機(jī)制造商Zwick Roell，最近為一家提供玻璃纖維和復(fù)合材料的客戶開發(fā)了一種電動(dòng)力學(xué)線性驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)機(jī)（LTM），該客戶是按照其服務(wù)對(duì)象的嚴(yán)格質(zhì)量要求開展疲勞測(cè)試任務(wù)，動(dòng)態(tài)測(cè)試規(guī)范必須在高于10Hz的測(cè)試頻率下運(yùn)行，這超過了現(xiàn)有的測(cè)試設(shè)施能力，因此需要引入新的質(zhì)量控制程序來評(píng)估玻璃纖維復(fù)合材料航空航天樣本的材料性能，該過程的一部分包括表征應(yīng)力彎曲如何影響主材料軸上的平面。但是，復(fù)合材料不是各向同性的，而是在不同的平面上表現(xiàn)出不同的材料屬性和失效模式。此外，纖維取向也使得復(fù)合材料的材料性能評(píng)估比其他材料（如金屬和塑料）要復(fù)雜得多。

 

       復(fù)合材料屬性評(píng)估

 

       由于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是由定向或隨機(jī)取向的細(xì)纖維組成，因此根據(jù)纖維取向，材料需要不同的測(cè)試。失效模式的相互作用例如面內(nèi)失效與通過部件厚度的分層相結(jié)合，使得測(cè)試復(fù)雜性大大提升，以至于典型的單軸測(cè)試不能捕獲這些相互作用，必須設(shè)計(jì)測(cè)試程序來調(diào)查并評(píng)估其對(duì)產(chǎn)品性能的影響。為了準(zhǔn)確評(píng)估玻璃纖維復(fù)合材料，Zwick的客戶需要在3點(diǎn)彎曲模式下進(jìn)行試樣的高周疲勞（HCF）測(cè)試，頻率為25 Hz，峰值力高達(dá)1.4 kN（代表峰值約10毫米的峰值位移）。測(cè)試的目的是確定試件斷裂的循環(huán)次數(shù)。預(yù)計(jì)疲勞壽命可高達(dá)300萬次。

 

       通過在給定負(fù)載下生成應(yīng)力與周期的關(guān)系曲線（稱為沃勒曲線），可以量化組件或材料的疲勞特性，其中疲勞強(qiáng)度由組件在指定循環(huán)次數(shù)內(nèi)可承受的最大應(yīng)力來確定。然后可以將零件的耐久極限定義為應(yīng)力水平，在該應(yīng)力水平之下，不發(fā)生故障，這意味著該零件在理論上具有無限壽命。如果超過耐力極限，疲勞失效可能會(huì)很快發(fā)生。這是累積應(yīng)力循環(huán)的結(jié)果，可以通過熱，機(jī)械或振動(dòng)效應(yīng)來應(yīng)用。性能必須通過模擬安裝條件的循環(huán)測(cè)試來證明足夠的疲勞強(qiáng)度。復(fù)合材料的各向異性性質(zhì)要求材料測(cè)試計(jì)劃將纖維取向考慮在內(nèi)，并相應(yīng)地應(yīng)用不同的測(cè)試。

 

       一種可靠的測(cè)試解決方案

 

       用于復(fù)合材料可靠測(cè)試的最佳實(shí)踐與用于許多其他材料的最佳實(shí)踐相似，包括需要經(jīng)過培訓(xùn)的測(cè)試人員，完整的程序和設(shè)計(jì)良好的測(cè)試設(shè)備。為了滿足這樣的要求，無油LTM安裝了5kN帶質(zhì)量補(bǔ)償?shù)臏y(cè)力傳感器，testControl 11電子設(shè)備，testXpert R測(cè)序軟件和3點(diǎn)彎曲夾具。LTM還采用了一個(gè)開放的圓柱形設(shè)計(jì)執(zhí)行器，為內(nèi)部編碼器提供了空間，可以直接安裝在測(cè)試樣本附近的力軸上。這使得高定位重復(fù)性和精確的執(zhí)行器活塞行程測(cè)量在±2μm以內(nèi)。 LMT只需要電源供電，電機(jī)提取足夠的電流來進(jìn)行測(cè)試，從而降低了高頻測(cè)試的能源和金錢成本。