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材料研究 | 中国
支持变频变幅材料力学研究
中国宝武方健博士

 


ElectroPuls™独特的动态和静态试验功能;

材料在可变频率和振幅下的长期机械性能将是未来的趋势。传统的伺服液压机器的频率范围太小,维护成本高,而且在试验过程中噪音很大。同时如果我们要进行超薄钢的疲劳试验,会发现传统高频疲劳试验机的电磁起振很难控制。这两大挑战促使我们寻找新的解决方案。 


The Chief engineer of mechanical testing of the central research institute from Baowu Group, Dr. Jian Fang

中国宝武中央研究院机械试验总工程师方健博士
 

随着南北车与航运央企中远、中海合并后中国钢铁行业的翘楚宝钢宝钢和武钢于2016年9月合并,成为中国最大的宝武钢铁集团。成功合并的中国宝武将继续坚持其三大转型战略:“从钢铁到材料”,立足钢铁行业开发新材料;“从制造到服务”,涉及现代商贸物流业、工业服务业、城市服务业、产业金融业;最终实现“从中国领先到成为全球钢铁行业引领者和世界级企业集团的转变”。

为顺应这三大战略,中央研究院力学实验室(技术中心),已在原钢铁材料力学性能评估与试验方法开发的基础上,对工业材料尤其是新能源材料领域进行了尝试性的技术储备与能力扩充。

众所周知,材料的研发和应用应与时俱进。当您开车踩油门时,驱动机构将从加速至稳定速率行驶,然后刹车并减速。这种循环运行使材料面临从高到低再到恒定速率的繁复变化。这种循环运行使材料面临从高到低再到恒定速率的繁复变化。因此,传统的恒幅恒频疲劳试验已经无法解决新能源汽车材料研究的主要课题。环境、速度、振幅和频率的变化已成为新能源汽车材料的主要话题。

“材料在可变频率和振幅下的长期力学性能将是未来的趋势,”方健博士说。但是在中国,我们仍然遵循GBT 15248-2008试验标准。轴向恒幅下金属材料的低周疲劳试验明显不能满足上述材料的试验要求。已有针对此类材料试验的国际标准ISO 12110-1-2013:金属材料——疲劳试验——变幅疲劳试验——第1部分:总则、实验方法和报告要求。但中国仍未发布相关标准。随着新能源汽车的兴起和中国政府的推动,特斯拉、大众、通用等众多知名汽车制造商已经建立了他们自己的材料疲劳试验标准。变幅、变频、变温试验等新概念无疑对全球材料供应商提出了新要求。对于包括中国宝武在内的众多材料供应商而言,尽快找到相应的试验解决方案已成为新课题和新挑战。

由于这是一个新兴的挑战,因此突破传统的试验方法并找到高效的解决方案至关重要。作为总技师,方健博士在金属材料试验方面经验丰富。他认为执行疲劳试验的方法有很多,但很少有设备可以在变幅、变频和变温条件下准确测量。

在变幅、变频和变温条件下进行材料疲劳试验时,通常选用电动液压伺服疲劳试验机,但其频率容量只有几十赫兹,不能满足高频试验的需求,试验效率较低。电磁共振高频疲劳试验机虽然可以进行高频试验,但不具备在变幅和变频条件下试验的能力。这在测试轻质化材料时尤为困难。

“一方面,传统的电动液压伺服疲劳机器效率低,液压泵站维护成本高且噪音大。另一方面,传统的电磁共振高频疲劳试验机在对一些超薄消费级钢材进行疲劳试验时难以控制。这些挑战促使我们寻找新的疲劳试验解决方案,”方健博士解释到

动态和静态电子疲劳试验机维护成本低,可实现变幅变频测试,结合了高频电磁共振机器的高频功能和低周疲劳试验机的可编程变幅变频能力,非常适合超薄和轻型材料的力学测试。更重要的是占地面积小,易于维护,无需冷却水和液压油。同时在实验室中仅需一个单相电源,能耗很低。在一次展览会上,方健博士立即被Instron这款设计出众、用途广泛的动静态电子试验机所吸引。

传统疲劳试验,人们通常选择尽可能高的频率,以期在短时间内获得材料的疲劳性能。但是,新材料的疲劳试验发生了变化。我们很好奇钢的疲劳性能在变幅或变频条件下会发生什么变化。

所有这些试验都可以使用Instron的E10000系统完成,试验结果已得到客户的初步认可。除了金属材料,我们还使用E10000测试食品级轻型材料和塑料。总而言之,从低速静态试验到高频闭环动态试验,ElectroPuls动静态和动态试验机可以满足您所有试验需求!#f0f0f0; margin: 10px;">
 E10000 at BaoWu Group in China
 

此外,方健博士还强调Instron的另一个显著优势,就是其所有配件都可以共享。Instron的载荷传感器、工装和引伸计均可配置到同系列仪器配置,为客户节省时间和成本。“比如Instron的视频引伸计AVE,可在我们实验室中用于从1吨的静态机器到25吨的动态机器都可使用,”方健博士说。

虽然Instron的E10000机器才安装使用了不到一年,但基于这台试验机,中国宝武的技术人员已经在变幅和变频疲劳试验领域积累了丰富的经验。我们相信随着新能源产业的发展和推广,Instron ElectroPuls动静态试验机将应用于更多领域。