为什么人们越来越看重粘弹性测试?
汽车、飞机、医疗设备和消费品在设计中使用的聚合物和复合材料越来越多。聚合物和复合材料制成的结构部件正得到广泛应用,了解这些材料的粘弹性性能变得至关重要。弹性体和聚合物具有显著的粘性特征,研究人员和设计人员需要了解这些特征,确保材料符合预期的最终用途。
如今,通过材料粘弹性特性的相关信息,有限元分析 (FEA) 工具可以更准确地预测含有这些聚合物或弹性体的产品设计性能。例如,随着聚合物基复合材料(通常称为碳纤维或碳纤维增强塑料)的广泛使用,我们需要对聚合物部件进行全面的动态力学分析,以预测聚合物基体和增强纤维之间应力的分配。
粘弹性表征的典型测试应用是什么?
动态力学分析 (DMA) 是测量材料和部件的伸缩性(弹性)特征和粘性(阻尼)特征的常见方法。测量时,对测试样件施加受控的循环应力(或应变),测量力和位移,以及两者的相位关系。
DMA 测试与室温下用单一频率测试部件或材料的动态刚度 (K*)、弹性刚度 (K') 和/或损耗刚度 (K”) 一样简单。DMA 也可以相当复杂,可对激励频率、应力、应变和温度进行扫描,还可将这些扫描组合到一起,以利用一种称为时间温度叠加 (TTS) 的分析方法。TTS 可用于预测材料在无法实际测试的温度和频率下的特性。
DMA 测试有哪些挑战?
DMA 测试有一个主要挑战,即判断您收集的数据是否准确。这个问题并不是 DMA 测试所独有的,但测试粘弹性材料时,保证数据精度尤其困难。很难确定数据是否准确,是因为弹性体和聚合物对许多不同的因素非常敏感,包括制造工艺、老化、温度、成分(不同批次的材料)、预载荷应力/应变以及循环应力/应变。鉴于这些变量,有时很难确定非正常数据是由于样本问题、测试方法问题,还是机器实际产生的结果不准确。
动态力学分析过程中的温度变化也会造成一系列挑战。其中两个最大的挑战是,在样件性质变化的过程中,保持测试系统的控制系统稳定(调谐),并确保样件温度均匀且达到预期值。
工程师以往如何应对 DMA 测试的挑战?
DMA 测试的挑战已在不同程度上得到了解决,具体取决于试验机类型和测试要求。动态力学分析作为一种应用,已不再是仅仅面向材料学家的化学研究工具,而是成为了工程师日益重要的设计工具。用于质量控制的 DMA 设备通常只需评估样本性能是否达到一定范围。有些设备采用 “黑箱” 法,使得设备操作非常简便,但可能产生不准确的 DMA 数据。产品研发人员和工程师需要的数据比这类设备所能提供的要更精密、更准确。
产品研发人员和工程师如何很大限度地提高数据精度?
测试系统的许多因素都会影响测试精度。好的 DMA 测试系统必须具备良好的刚性,防止不必要的共振对数据造成影响。它还必须拥有强大的控制系统,能够准确测量力和位移,并通过强大的软件来充分利用这些特性信息。
验证一个系统的测量精度也很重要。例如,所有 MTS Acumen 测试系统在出厂前都会经过测试,以满足不同用户的不同测量需求。在安装结束时对动态精度进行验证,以确保机器安装到客户现场后能够生成准确的数据。由于每个 Acumen DMA 系统默认都包含动态标准,因此客户可以根据需要重复动态精度测量,以验证系统是否仍在生成准确的数据。
除了提高测量精度的需求外,设计工程师还会对动态力学分析要求产生怎样的影响?
工程师如果在设计中使用弹性体和聚合物,则还需要了解这些材料的强度和疲劳性能。但是,DMA 专用的机器无法进行这些类型的测试。由于工程设计团队需要的不只是试验机的 DMA 数据,因此一个影响是更加需要多个系统或功能更多的单个测试系统。
是否还存在其他改变 DMA 测试的影响?
受多种因素驱动,样件尺寸呈现越来越大的趋势。首先,复合材料在汽车、航空航天和建筑行业的应用越来越多。此外,使用复合材料和填充聚合物时,需要增大试样尺寸,以使材料横截面的结构具有统计学代表性。最后,粘弹性性能测量可能对样件尺寸敏感,因此非常适合测试与最终用途部件非常相似的材料样件。
样件尺寸越来越大的趋势会对 DMA 测试造成怎样的影响?
样件尺寸增大的主要影响是需要规格更大、性能更强的机器。以往的 DMA 机器只能施加几磅(约 30 牛顿)的力。大型样件可能需要数百有时甚至是数千牛顿的力。
对于未来的粘弹性表征,特别是 DMA 测试,您有哪些预测?
由于需要多种类型的测试以及待测样件尺寸越来越大的趋势,会驱动粘弹性测试使用的多功能机器增多,包括 DMA 应用。然而,并非每种材料测试系统都可以归类为 DMA 系统。某些营销时宣称适合 DMA 的机器会掩盖关键精度要求,只报告结果。某些制造商只是为疲劳试验机增加了计算功能,就称之为 DMA 机器。通常,多功能机器需要作出大量折中,但有些机器(例如 MTS Acumen 测试系统)配备齐全,可以提供准确的 DMA、单调和疲劳测试结果,为测试实验室提供前所未有的广泛功能。
汽车、飞机、医疗设备和消费品在设计中使用的聚合物和复合材料越来越多。聚合物和复合材料制成的结构部件正得到广泛应用,了解这些材料的粘弹性性能变得至关重要。弹性体和聚合物具有显著的粘性特征,研究人员和设计人员需要了解这些特征,确保材料符合预期的最终用途。
如今,通过材料粘弹性特性的相关信息,有限元分析 (FEA) 工具可以更准确地预测含有这些聚合物或弹性体的产品设计性能。例如,随着聚合物基复合材料(通常称为碳纤维或碳纤维增强塑料)的广泛使用,我们需要对聚合物部件进行全面的动态力学分析,以预测聚合物基体和增强纤维之间应力的分配。
粘弹性表征的典型测试应用是什么?
动态力学分析 (DMA) 是测量材料和部件的伸缩性(弹性)特征和粘性(阻尼)特征的常见方法。测量时,对测试样件施加受控的循环应力(或应变),测量力和位移,以及两者的相位关系。
DMA 测试与室温下用单一频率测试部件或材料的动态刚度 (K*)、弹性刚度 (K') 和/或损耗刚度 (K”) 一样简单。DMA 也可以相当复杂,可对激励频率、应力、应变和温度进行扫描,还可将这些扫描组合到一起,以利用一种称为时间温度叠加 (TTS) 的分析方法。TTS 可用于预测材料在无法实际测试的温度和频率下的特性。
DMA 测试有哪些挑战?
DMA 测试有一个主要挑战,即判断您收集的数据是否准确。这个问题并不是 DMA 测试所独有的,但测试粘弹性材料时,保证数据精度尤其困难。很难确定数据是否准确,是因为弹性体和聚合物对许多不同的因素非常敏感,包括制造工艺、老化、温度、成分(不同批次的材料)、预载荷应力/应变以及循环应力/应变。鉴于这些变量,有时很难确定非正常数据是由于样本问题、测试方法问题,还是机器实际产生的结果不准确。
动态力学分析过程中的温度变化也会造成一系列挑战。其中两个最大的挑战是,在样件性质变化的过程中,保持测试系统的控制系统稳定(调谐),并确保样件温度均匀且达到预期值。
工程师以往如何应对 DMA 测试的挑战?
DMA 测试的挑战已在不同程度上得到了解决,具体取决于试验机类型和测试要求。动态力学分析作为一种应用,已不再是仅仅面向材料学家的化学研究工具,而是成为了工程师日益重要的设计工具。用于质量控制的 DMA 设备通常只需评估样本性能是否达到一定范围。有些设备采用 “黑箱” 法,使得设备操作非常简便,但可能产生不准确的 DMA 数据。产品研发人员和工程师需要的数据比这类设备所能提供的要更精密、更准确。
产品研发人员和工程师如何很大限度地提高数据精度?
测试系统的许多因素都会影响测试精度。好的 DMA 测试系统必须具备良好的刚性,防止不必要的共振对数据造成影响。它还必须拥有强大的控制系统,能够准确测量力和位移,并通过强大的软件来充分利用这些特性信息。
验证一个系统的测量精度也很重要。例如,所有 MTS Acumen 测试系统在出厂前都会经过测试,以满足不同用户的不同测量需求。在安装结束时对动态精度进行验证,以确保机器安装到客户现场后能够生成准确的数据。由于每个 Acumen DMA 系统默认都包含动态标准,因此客户可以根据需要重复动态精度测量,以验证系统是否仍在生成准确的数据。
除了提高测量精度的需求外,设计工程师还会对动态力学分析要求产生怎样的影响?
工程师如果在设计中使用弹性体和聚合物,则还需要了解这些材料的强度和疲劳性能。但是,DMA 专用的机器无法进行这些类型的测试。由于工程设计团队需要的不只是试验机的 DMA 数据,因此一个影响是更加需要多个系统或功能更多的单个测试系统。
是否还存在其他改变 DMA 测试的影响?
受多种因素驱动,样件尺寸呈现越来越大的趋势。首先,复合材料在汽车、航空航天和建筑行业的应用越来越多。此外,使用复合材料和填充聚合物时,需要增大试样尺寸,以使材料横截面的结构具有统计学代表性。最后,粘弹性性能测量可能对样件尺寸敏感,因此非常适合测试与最终用途部件非常相似的材料样件。
样件尺寸越来越大的趋势会对 DMA 测试造成怎样的影响?
样件尺寸增大的主要影响是需要规格更大、性能更强的机器。以往的 DMA 机器只能施加几磅(约 30 牛顿)的力。大型样件可能需要数百有时甚至是数千牛顿的力。
对于未来的粘弹性表征,特别是 DMA 测试,您有哪些预测?
由于需要多种类型的测试以及待测样件尺寸越来越大的趋势,会驱动粘弹性测试使用的多功能机器增多,包括 DMA 应用。然而,并非每种材料测试系统都可以归类为 DMA 系统。某些营销时宣称适合 DMA 的机器会掩盖关键精度要求,只报告结果。某些制造商只是为疲劳试验机增加了计算功能,就称之为 DMA 机器。通常,多功能机器需要作出大量折中,但有些机器(例如 MTS Acumen 测试系统)配备齐全,可以提供准确的 DMA、单调和疲劳测试结果,为测试实验室提供前所未有的广泛功能。