德國全球頂尖的萬能材料試驗機制造商Zwick Roell，最近為一家提供玻璃纖維和復合材料的客戶開發了一種電動力學線性驅動試驗機（LTM），該客戶是按照其服務對象的嚴格質量要求開展疲勞測試任務，動態測試規范必須在高于10Hz的測試頻率下運行，這超過了現有的測試設施能力，因此需要引入新的質量控制程序來評估玻璃纖維復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力彎曲如何影響主材料軸上的平面。但是，復合材料不是各向同性的，而是在不同的平面上表現出不同的材料屬性和失效模式。此外，纖維取向也使得復合材料的材料性能評估比其他材料（如金屬和塑料）要復雜得多。

 

       復合材料屬性評估

 

       由于纖維增強復合材料是由定向或隨機取向的細纖維組成，因此根據纖維取向，材料需要不同的測試。失效模式的相互作用例如面內失效與通過部件厚度的分層相結合，使得測試復雜性大大提升，以至于典型的單軸測試不能捕獲這些相互作用，必須設計測試程序來調查并評估其對產品性能的影響。為了準確評估玻璃纖維復合材料，Zwick的客戶需要在3點彎曲模式下進行試樣的高周疲勞（HCF）測試，頻率為25 Hz，峰值力高達1.4 kN（代表峰值約10毫米的峰值位移）。測試的目的是確定試件斷裂的循環次數。預計疲勞壽命可高達300萬次。

 

       通過在給定負載下生成應力與周期的關系曲線（稱為沃勒曲線），可以量化組件或材料的疲勞特性，其中疲勞強度由組件在指定循環次數內可承受的最大應力來確定。然后可以將零件的耐久極限定義為應力水平，在該應力水平之下，不發生故障，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，疲勞失效可能會很快發生。這是累積應力循環的結果，可以通過熱，機械或振動效應來應用。性能必須通過模擬安裝條件的循環測試來證明足夠的疲勞強度。復合材料的各向異性性質要求材料測試計劃將纖維取向考慮在內，并相應地應用不同的測試。

 

       一種可靠的測試解決方案

 

       用于復合材料可靠測試的最佳實踐與用于許多其他材料的最佳實踐相似，包括需要經過培訓的測試人員，完整的程序和設計良好的測試設備。為了滿足這樣的要求，無油LTM安裝了5kN帶質量補償的測力傳感器，testControl 11電子設備，testXpert R測序軟件和3點彎曲夾具。LTM還采用了一個開放的圓柱形設計執行器，為內部編碼器提供了空間，可以直接安裝在測試樣本附近的力軸上。這使得高定位重復性和精確的執行器活塞行程測量在±2μm以內。 LMT只需要電源供電，電機提取足夠的電流來進行測試，從而降低了高頻測試的能源和金錢成本。