睿拓时创“复合材料力学行为解决方案”闪耀 NCCM-21-北京睿拓时创科技有限公司

8月26日，由中国航空学会、中国宇航学会、中国力学学会、中国复合材料学会共同主办，中航复合材料有限责任公司承办，会议主题为复合材料：绿色，高质，更高效的第二十一届全国复合材料学术会议在呼和浩特召开。

此次会议为期两天，共设九个分会场，涉及复合材料各个领域。针对金属基复合材料、陶瓷基及碳基复合材料、高性能纤维及增强体材料等内容展开学术与创新、技术与应用的融合式交流，为复合材料不断适应新时代绿色环保要求和自治区高质量发展建言献策。期间还邀请复合材料领域顶级院士、学者、专家到会围绕重大技术研究进展和未来发展方向做主旨报告，交流最新成果、分享实践经验、发表真知灼见、激荡创新的源头活水。

睿拓时创携『复合材料力学行为测量解决方案』参展，共同为复合材料不断适应新时代绿色环保要求，提供力学行为测量解决方案，服务于中国复合材料行业！

复合材料力学行为测量解决方案

睿拓时创提供的复合材料力学行为测量解决方案，包括大尺寸、微小尺寸复合材料的表面力学性能测试，复合材料高温环境检测及在介观尺度加载装置下复合材料的 DIC 测试，复合材料内应变测试与内部缺陷无损检测。

一、特殊尺寸复合材料结构表面力学行为测试

1）大尺寸复合材料 — 机翼 VARTM 碳纤维材料屈曲实验

采用碳纤维复合材料的机翼具有更轻、气动外形更佳、机翼阻力更小、飞机燃油经济性更好的特点。随着复合材料作为飞机材料国家战略性新兴产业，机翼的复合材料板材的结构强度和屈曲稳定性研究对新型材料普及与推广具有深远的意义。

▲ 如图所示：利用 VIC-3D 非接触全场应变测量技术，增量加载至极限载荷，测量加载过程中的位移及应变响应。轴向应变分布和传统方式应变片测量对比。

▲ 如图所示，轴向加载随载荷加载过程离面位移特性。应用测量屈曲轴向板刚度，综合材料成本和重量，提升复合材料结构的设计利用率，高保真失效分析解决当前强度分析设计局限性。

2）微小尺寸复合材料 — 电子行业mm级材料表面力学性能测试

测量微小尺寸的复合材料表面特性，对于检测电子产品极为重要。如下图所示测量电子材料mm级视野尺寸查看小尺寸下位移特性和应变特性。

▲ 如图所示，VIC-3D 显微系统

• CSI立体显微镜可测量视野范围：0.7mm-7.0 mm；

• 具有专利技术的 VIC-3D 立体显微模块；

• 定制设计的分光镜使图像精确重叠。

▲ 立体显微测量系统

VIC 系统针对扫描电镜有专门的分析模块，可解决 Drift 电子束漂移失真。在介观尺度方面 VIC系统可配合显微加载系统，通过显微镜、放大镜头、对介观尺度样件进行测量和应变分析。

二、介观尺度复合材料表面力学行为 DIC 测试与加载

μTS 介观尺度测试系统可满足纳米级精度测量需求。光学显微镜因受可见光波长限制分辨率只能达到250nm，而 DIC 技术具有强大图像处理能力可精确实现0.1像素位移测量，使 μTS 显微测试系统的分辨率达到25nm。

▲ 介观尺度测试系统-μTS

1）3D打印复合材料模型验证

• 对三个颗粒大小不同的复合材料，经过3D打印生成的拉伸试样，进行有限元模型验证。三个试样在进行有限元分析时具有相同的等效体积单元（RVE）。

• 由于样件材料透明基质中有黑色颗粒掺杂，所以试样在散斑制作上没有采用传统的 DIC 散斑制作方式，而是采用60粒的砂纸进行打磨，获得较好的图像效果。

• Psylotech 公司通过数字图像相关技术（DIC）、光学显微镜、显微加载装置、光学畸变校准技术的结合将光学测量集成为一个连续的高精度测试系统，避免多个测试设备对数据采集引起误差叠加，为试验精度提供保证。

2）Kevlar 材料单根纤维性能测试

纤维是纤维增强复合材料的承载成分。纤维的理想特性包括高刚度，高强度和低密度。了解单纤维丝的拉伸性能可提高对纱线力学的理解，从而提高对薄层和层压板行为的理解，并提高预测性能。

• 实验地点：美国陆军研究实验室

• 实验方法：μTS试验机对单根纤维进行加载并配合激光共聚焦显微镜进行记录。

• 实验目的：测量Kevlar单根纤维的直径与力学性能的关系。

• 实验过程：采用激光共聚焦显微镜测试单根纤维的直径，采用 μTS 测试框架在显微镜下进行单根纤维的加载。

三、复合材料高温环境检测与温度场耦合

陶瓷材料具有耐磨性、耐高温和抗化学侵蚀能力,国外目前已将其应用于发动机高速轴承、活塞、密封环、阀门导轨等，要求转速高和配合精度高的部件。陶瓷虽具有作为发动机热端结构材料的优点,但其本质上的脆性却极大限制了它的推广应用。为了克服单组分陶瓷材料敏感性高、韧性低、可靠性差的缺点，材料领域研究人员在不同温度工况下的力学性能测试，指导选择制作合适复合材料。对连续纤维增强陶瓷基复合材料虽在力学性能上具有一定优势,但是连续纤维的生产、排布和编织等工艺操作复杂,复合材料的成型困难,复合材料强度较低,成本高昂，由此在高温环境中的力学性能测试具有重要意义。

▲ 试验装置设置

• 测试对象：陶瓷基复合材料 • 试件尺寸：50mm×4mm

• 加载方式：四点弯曲测试挠度 • 环境温度：800℃

▲ VIC-3D 多场耦合功能支持不同类型相机进行 3D 温度场和 3D 应变场的耦合测量。与传统的数字图像相关不同，其通过红外校正板自动实现温度场和应变场坐标系对齐。直接进行数字图像相关运算，得到3D温度场和应变场的关系。可以直接得到在高温环境下，不同温度梯度下复合材料表面力学行为关系。

四、复合材料内部缺陷无损检测

SE Systems 基于剪切散斑干涉（Shearography）/电子散斑干涉（ESPI）原理，并由其延伸出振动成像（Vibrography）技术。在不损害或不影响被检对象使用性能的前提下，检测被检对象中是否存在缺陷或不均匀性，并给出缺陷（气泡、空隙、分层、裂纹、脱粘等）的大小、位置、性质和数量等信息，广泛应用于航空、航天、机械制造、汽车和建筑等复合材料使用以及结构定期检测。可测量构件或者材料的固有频率、振幅等，其分辨率可达到光波长，完全满足科研领域高精度要求。