材料試驗(yàn)系統(tǒng)必須堅(jiān)固且靈活，能夠確定從金屬到復(fù)合材料，從塑料到天然、生物基材的各種材料和部件的力學(xué)性能。

      力學(xué)性能試驗(yàn)在研究教育、產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)及質(zhì)量控制方面起著主要作用。試驗(yàn)可以用各種靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行，而且工程師和科學(xué)家在產(chǎn)品開發(fā)中也經(jīng)常用到這些試驗(yàn)機(jī)。力學(xué)性能試驗(yàn)包含從普通拉伸和壓縮試驗(yàn)到彎曲和扭轉(zhuǎn)性能等各種技術(shù)，試驗(yàn)可在環(huán)境條件或非環(huán)境條件下發(fā)生，在溫度和環(huán)境條件變化很大的情況下也可進(jìn)行。

1

電動(dòng)力學(xué)性能試驗(yàn)（EM）系統(tǒng)

       電動(dòng)力學(xué)（EM）試驗(yàn)系統(tǒng)通常應(yīng)用于靜態(tài)試驗(yàn)的拉伸或壓縮模式。單柱和雙柱型的載荷框架可應(yīng)用于電動(dòng)力學(xué)（EM）試驗(yàn)系統(tǒng)。雙柱型系統(tǒng)采用臺(tái)式和落地式。EM系統(tǒng)的其他元件包含一個(gè)稱重傳感器，一個(gè)十字頭和一種測量拉伸的裝置（通常被成為伸長計(jì)）。稱重傳感器是一種產(chǎn)生電信號(hào)的傳感器，其大小與正在被測的力成正比。進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，可移動(dòng)的十字頭以標(biāo)準(zhǔn)指定的速度向上或向下移動(dòng)。某些應(yīng)用需要恒定的伸長速率而另一些需要遞增速率。

       例如，Zwick的電動(dòng)力學(xué)（EM）試驗(yàn)系統(tǒng)包含了現(xiàn)代設(shè)計(jì)元素以提供盡可能可靠的試驗(yàn)結(jié)果。在這些系統(tǒng)中，交流驅(qū)動(dòng)技術(shù)實(shí)際上結(jié)合了免維護(hù)操作和數(shù)字控制的優(yōu)點(diǎn)。此外，一種創(chuàng)新動(dòng)力反饋系統(tǒng)即使在速度很低的情況下也能確保優(yōu)良的恒速特性。Zwick公司的試驗(yàn)系統(tǒng)還配備了有專利的，導(dǎo)向筒具有可撓地剛性的空心型材，而且大表面積的長型十字頭可提供極其精確的導(dǎo)向。這種組合使樣品的不利影響最小化。

        EM系統(tǒng)特別適用于對(duì)精度高的應(yīng)用。需要支持測量復(fù)雜應(yīng)變的應(yīng)用用引伸計(jì)來實(shí)現(xiàn)。伸長計(jì)要滿足的要求主要取決待測材料的特性，包括材料的形狀，試驗(yàn)要求和必須滿足的正式標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)定義了標(biāo)距長度，精度，試驗(yàn)順序和環(huán)境條件，例如試驗(yàn)溫度。在拉伸試驗(yàn)中，對(duì)應(yīng)施加的力要記錄標(biāo)記位置的伸長量。通常，在試樣的兩個(gè)固定點(diǎn)之間測量伸長量。

        EM系統(tǒng)主要解決的試驗(yàn)范圍是傳統(tǒng)的靜態(tài)材料試驗(yàn)例如拉伸，撓曲或彎曲試驗(yàn)。相對(duì)這類試驗(yàn)來說，EM是最合適的技術(shù)，尤其是拉伸試驗(yàn)，因?yàn)樗�在�?yīng)變率測量中控制和精度是高度相關(guān)的。這樣的事情只有EM能實(shí)現(xiàn)。除材料試驗(yàn)外，EM系統(tǒng)也適用于高精度的元件試驗(yàn)。

圖1.AllroundLine  EM試驗(yàn)系統(tǒng)包含雙試驗(yàn)區(qū)域來支持試驗(yàn)的效率

圖2.碳纖維復(fù)合材料試樣的脆性損傷

表1. 試驗(yàn)系統(tǒng)一覽表

2

伺服液壓控制系統(tǒng)

       伺服液壓試驗(yàn)機(jī)可用于靜態(tài)，動(dòng)態(tài)或疲勞材料試驗(yàn)。它們通過閉環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行，該系統(tǒng)由連接到試驗(yàn)的雙向液壓執(zhí)行器；用于調(diào)節(jié)執(zhí)行器的位置、速度和力的伺服閥和控制器以及具有緊密耦合的液壓動(dòng)力源的負(fù)載框架組成；一個(gè)電氣反饋回路能利用位置和載荷傳感器來控制試驗(yàn)變量。雖然它們需要電氣和液壓連接的基礎(chǔ)設(shè)施，但是伺服液壓試驗(yàn)機(jī)在力要求極高或者要求試驗(yàn)速度很快的情況下（生產(chǎn)螺桿驅(qū)動(dòng)的機(jī)電設(shè)備成本可能很高）是一種經(jīng)濟(jì)有效的選擇。

       當(dāng)伺服液壓系統(tǒng)被用于靜態(tài)試驗(yàn)時(shí)，其主要適用于應(yīng)變測量。這些情況下，典型的傳感器臂伸長計(jì)，如Zwick的makroXtens設(shè)備，將滿足高精度的應(yīng)變測量的要求。使用這種伸長計(jì)，在整個(gè)拉伸試驗(yàn)開始直至試樣斷裂中，可獲得彈性和塑性變形范圍內(nèi)的試樣變形。傾斜的刀刃從開始試驗(yàn)到斷裂避免了試樣的損傷。

        也可使用夾式引伸計(jì)，顧名思義是將這些設(shè)備直接安裝到試樣上。通過刀刃，從試樣到內(nèi)部換能器，轉(zhuǎn)移伸長的機(jī)械部件是短而硬的。實(shí)際上，試樣和引伸計(jì)之間沒有發(fā)生運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生高精度的測量。

       對(duì)于動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，可以使用簡單的夾式引伸計(jì)以及諸如非接觸視頻引伸計(jì)的光學(xué)系統(tǒng)。視頻伸長計(jì)需要在試樣上貼上測量標(biāo)記，使之在光學(xué)上不同于樣品周圍的區(qū)域。將標(biāo)記夾在，粘在樣品上，或者用彩色筆標(biāo)記樣品。

圖3.HB100伺服液壓試驗(yàn)機(jī)的載荷范圍可達(dá)100kN

圖4.HB3500型伺服液壓試驗(yàn)機(jī)適用于施工中大型組件的檢測

3

高低周疲勞試驗(yàn)

       工業(yè)上，即使伺服液壓機(jī)確實(shí)適用于材料的表征，但是其主要焦點(diǎn)是試驗(yàn)元件。一些應(yīng)用通常需要疲勞試驗(yàn)來確定生命周期。疲勞試驗(yàn)涉及了使部件或試樣經(jīng)受循環(huán)加載。用伺服液壓系統(tǒng)定期研究兩種類型的疲勞試驗(yàn)—低周疲勞(LCF)和高周疲勞(HCF)。

       受到極端熱和機(jī)械力的零部件只能在短期強(qiáng)度范圍內(nèi)設(shè)計(jì)，即最多105個(gè)周期。主要的案例有用于發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪葉片和圓盤以及用于發(fā)電的固定渦輪，其他類如廢氣渦輪增壓器、排氣歧管和其他類似部件。

        在這些部件中，應(yīng)變誘發(fā)周期性塑性形變發(fā)生在缺口（如葉片-圓盤的連接處）。這遲早會(huì)導(dǎo)致裂紋形核。低周疲勞（LCF）試驗(yàn)中，在試樣上可以模擬這些力或應(yīng)變并確定裂紋開裂的周期數(shù)。裂紋周邊有彈性的區(qū)域在裂紋開裂后也具支撐作用。接下來根據(jù)斷裂力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步判定裂紋擴(kuò)展的發(fā)生。這個(gè)結(jié)果直接用于計(jì)算預(yù)期的使用壽命。試驗(yàn)在恒幅下進(jìn)行，并且維持一定的時(shí)間能研究被分散的蠕變或松弛過程。三角波形用作定值，或梯形波被用作維持時(shí)間。

     LCF試驗(yàn)可用疊加的高頻振蕩進(jìn)行。試驗(yàn)頻率通常低于1Hz或等于1Hz，即使這個(gè)極限不斷向上移動(dòng)， 最終LCF試驗(yàn)通常在高達(dá)10Hz下進(jìn)行。只有在特殊情況下，應(yīng)變控制被用于這些試驗(yàn)，在穩(wěn)定滯后區(qū)域或者時(shí)間的保持方面為了研究蠕變效應(yīng)才改變力的控制。材料表征試驗(yàn)通常以R（循環(huán)應(yīng)力的最大和最小比值）比例為1 的情況下進(jìn)行。歷史上，大多數(shù)的關(guān)注于需要多于104次以上循環(huán)失效的位置，其中該處應(yīng)力低，變形主要是彈性變形。

       高周疲勞（HCF）是指在彈性應(yīng)變區(qū)內(nèi)，低振幅、高頻率振動(dòng)對(duì)載荷循環(huán)N的影響，通常N> 105。高周疲勞試驗(yàn)通常的發(fā)生多于107個(gè)周，其他一些材料需要高達(dá)5×108的循環(huán)周期。當(dāng)施加的應(yīng)力在材料的彈性區(qū)域內(nèi)，隨著零件的老化，塑性變形仍然在微觀水平上發(fā)生，最終導(dǎo)致零件的失效。零部件或材料的疲勞特征通過給定載荷在應(yīng)力VS周期生成的關(guān)系圖來表示，稱之為WOhler曲線，其中疲勞強(qiáng)度由試樣或部件在指定循環(huán)次數(shù)內(nèi)可承受的最大應(yīng)力確定。將材料或部件的疲勞極限定義為不發(fā)生失效的應(yīng)力水平，這就意味著它理論上具有無限的壽命。如果超過疲勞，疲勞失效很快發(fā)生，所以必須通過模擬安裝條件的周期試驗(yàn)來證明其足夠的疲勞強(qiáng)度，從而保證性能。

       S-N曲線來自于要表征的材料試樣，通常稱之為掛片，其中試驗(yàn)設(shè)備施加有規(guī)律的正弦應(yīng)力，還能計(jì)算失效的循環(huán)數(shù)量。有時(shí)這個(gè)過程被稱為掛片試驗(yàn)。每個(gè)掛片試驗(yàn)都會(huì)在繪圖上生成一個(gè)點(diǎn)，盡管某些情況下失效時(shí)間超過試驗(yàn)時(shí)間繪圖就會(huì)結(jié)束。S-N曲線的形成會(huì)受到腐蝕、溫度、殘余應(yīng)力和存在缺口的影響。

        分析疲勞數(shù)據(jù)需要統(tǒng)計(jì)技術(shù)，尤其是生存分析和線性回歸。Goodman關(guān)系是一種量化材料疲勞壽命的平均和交變應(yīng)力互相影響的方程，為疲勞數(shù)據(jù)分析提供支持。Goodman關(guān)系提出的一般趨勢是在給定應(yīng)力水平下的交變應(yīng)力隨著平均應(yīng)力的增加而疲勞壽命再減少。Goodman是一種平均應(yīng)力和交變應(yīng)力的圖，表明材料在給定的循環(huán)次數(shù)下會(huì)發(fā)生失效。

檢驗(yàn)檢測業(yè)務(wù)請(qǐng)聯(lián)系：18149016675