圆派科学|复合材料测试新纪元 — 英国《航空航天制造》网专访英斯特朗

2020-03-13 11:18:27 圆派科学仪器（上海）有限公司

—— 英国领先航空航天B2B领域《航空航天制造》网专访英斯特朗全球应用专家：Peter Baily博士

导语

现如今，复合材料的研发和应用已经成为航空航天领域不可或缺的一部分。但是，对于这个行业的发展趋势和现况您又有多少了解呢？为此，英国领先航空航天B2B领域《航空航天制造》网特意对英斯特朗有着多年复合材料领域测试及应用经验的高级专家Peter Bailey博士进行了专访，在问答环节中，他详细地向我们介绍了与航空制造有关的复合材料的静态和动态测试的发展趋势及技术等。

Q&A

当今的航空航天设计师对碳纤维和玻璃纤维复合材料的测试性能要求是什么？

“常规”的静态测试量日益增长，如各种不同的测试类型（拉伸、压缩、剪切、层间剪切强度、G1C、G2C、轴承载荷）。这些测试需要在很宽的温度范围内进行（- 80到250°C）。随着复合材料本身强度的增加，结构中截面的厚度也不断增加，需要更高载荷的机器和夹具以满足更大的测试力需求。

复合材料受冲击时易造成不可见的损伤，因此需要建立并进行持续的测试，以评估损伤对复合材料强度的影响。最常见的测试就是冲击后压缩（CAI），先使用冲击试验机对一个矩形试样进行定量的冲击损伤，然后纵向压缩试样来确定剩余强度。

如果想从复合材料的力学测试中得到可靠的数据，需要非常精确的样品制备以及非常高的测试对中度。行业审计对对中度的要求非常高，例如Nadcap AC 7122。

静态测试的量是最大的，但近年来，超越“简单”抗冲击性的动态特性对工业设计和开发愈发重要。商业动态测试的第一个新浪潮是8 - 10年前疲劳寿命测试；在风力发电机组的驱动下，可靠的疲劳性能对材料的使用和成本有很大的影响。复合材料行业目前正经历着另一波动态特性需求浪潮，以汽车行业为例，因为汽车非常关注灾难性故障条件（即碰撞安全），很多厂家正迅速转用复合材料。这意味着，原始设备制造商和原材料供应商都需要获得材料在高应变率下的性能数据，这就要求精密的测试设备能够进行单调测试，不论是在10m / s还是在20m / s的条件下，都能进行精确的数据分析。

夹持复合材料试样的手动楔形夹具

对你们来说，研发方面的重点是什么?在硬件或软件方面有更多的创新吗?

我们正在研发复合材料测试专用的硬件和软件。对于准静态测试，关键点在于提高测试设备的可用性，当然还需要维护一系列的工装和附件以适应各种测试方法。

最近我们开发了一套新的精密手动夹具，用于夹持复合材料试样。它符合Nadcap AC 7122的对中度要求，使用温度范围广，还可以将其他复合材料测试工装安装到夹具上，而不需要移除夹具。我们还研发出了一种全新的全自动引伸计(AutoX)，能够为复合材料测试提供非常精确的应变测量。此外，还有一个新的视频引伸计(AVE2)，它具备准静态测试的最佳性能，以及在疲劳测试期间进行实时非接触应变测量的能力，包括横向应变数据。

在软件方面，我们最近推出了 “Bluehill”测试软件的一个新版本。我们称之为“Bluehill Universal”。它是第一个使用全触控操作的材料测试软件。广泛使用标准触控手势的“Bluehill Universal”很容易上手，从而确保了测试的高效性。常见复合材料标准的预设试验方法减少了创建方法的时间，强大的数据导出功能和“TrendTracker”数据库工具可帮助客户管理他们的测试数据。

英斯特朗发布全新触控测试系统“Bluehill Universal”

在疲劳测试中，客户越来越多地使用我们经过验证的在线数值来监测测试过程中的模量退化和阻尼。诸如此类的软件功能可能看起来不那么迷人或新奇，但对于按部就班的工作流程来说，不同的选择对不同用户却有着巨大差异。今年，我们发布的全新的触摸屏优化计算机界面，用于静态测试设备——它的坚固方便和直观的界面得到了所有材料测试部门的广泛好评。

你认为复合材料行业在经营方面是否符合严格的规格和资质？

努力与复合测试标准保持高度一致性是复合材料市场工作的一个关键部分，没有一个部门可以例外。我们还参与了ASTM和ISO标准的开发，并与业界的关键厂商保持联系。此外，我们与英国的国家复合材料认证和评估基金(NCCEF)以及荷兰的热塑性研究中心(TPRC)都建立了合作关系。

大型复合材料行业还处于初级阶段，所以任何设计方法都不是“一成不变的”，加工和原材料的研发还在不断发展。因此，这意味着整个行业充满活力，快速采用新技术是掌握竞争优势的关键。相比之下，某些金属应用正处于进化和增长速度较慢的阶段，因而当用户想将实验结果与数十年前的生产和设计数据进行核对时，由于对遗留数据的严重依赖，在采用新方法时可能会产生相当大的惯性而难以进行。