2019年4月11—12日,第五屆中國(guó)國(guó)際風(fēng)電復(fù)合料高峰論壇(CWPC2019)于中國(guó)重慶隆重召開(kāi)。在大會(huì)專題二:精雕細(xì)琢 巧奪天工——“智能設(shè)計(jì)、智慧制造”中,銥瑪檢測(cè)技術(shù)(上海)有限公司復(fù)合材料技術(shù)總監(jiān)Jen Ridzewski做了題目為《復(fù)材測(cè)試技術(shù)的發(fā)展及其在葉片設(shè)計(jì)和驗(yàn)證中的應(yīng)用》的精彩演講。
以下為演講實(shí)錄:
我首先從IMA公司開(kāi)始介紹,IMA位于德國(guó),是一個(gè)獨(dú)立的提供全面的測(cè)試服務(wù)的公司,為所有行業(yè)提供測(cè)試服務(wù)。是從測(cè)試的設(shè)計(jì),測(cè)試準(zhǔn)則的設(shè)計(jì)。包括我們也研發(fā)測(cè)試方面的軟件,也測(cè)試塑料方面的內(nèi)容,包括風(fēng)電葉片,包括醫(yī)療產(chǎn)品仿真,首先是疲勞測(cè)試準(zhǔn)則,對(duì)工業(yè)4.0的系統(tǒng)研發(fā)軟件。
這是復(fù)合材料包括全尺寸的測(cè)試,最大是40米,而我們測(cè)試主要是針對(duì)的研究,還包括了對(duì)風(fēng)機(jī)健康的監(jiān)測(cè)系統(tǒng),這是我們的一個(gè)理念。你們可能有所了解,有一些嘉賓也提到過(guò)類似內(nèi)容,這不是我們的想法,而是我們的一個(gè)理念和哲學(xué)所在,我們想要幫助我們的客戶沿著這個(gè)測(cè)試金字塔,能夠接受各種各樣不同形勢(shì)的測(cè)試,包括了在軟件的仿真測(cè)試,我們可以測(cè)試它的結(jié)構(gòu),我們還可以進(jìn)行一個(gè)熱效能的測(cè)試,還可以進(jìn)行其他測(cè)試。最后還可以跟客戶一起進(jìn)行測(cè)試,針對(duì)所有行業(yè),測(cè)試汽車、火車,測(cè)試過(guò)A380的客機(jī),測(cè)試的范圍是非常廣泛的。
行業(yè)挑戰(zhàn)在哪里?在我看來(lái),我們材料供應(yīng)商都在不斷嘗試提高自己的產(chǎn)品性能,但是我們要問(wèn)什么是不足之處?如果使用測(cè)試方法,在材料測(cè)試和風(fēng)能真正性能表現(xiàn)沒(méi)有直接的聯(lián)系。產(chǎn)品制造技術(shù)的影響,我們有不同的缺陷測(cè)試,包括纖維方向的準(zhǔn)確性、產(chǎn)品質(zhì)量、缺陷或者波動(dòng)方面的測(cè)試,這些都會(huì)產(chǎn)生影響。
在測(cè)試?yán)砟罨蛘邷y(cè)試金字塔理念中,這是一種很好的方式,我們會(huì)從一個(gè)基礎(chǔ)的開(kāi)始,可以獲得更多的信息,從金字塔的底層和部件和結(jié)構(gòu)件測(cè)試開(kāi)始,這樣更有效,大家可能會(huì)往往忽視。包括葉片制作中所使用材料的動(dòng)態(tài)疲勞性能并沒(méi)有予以評(píng)估。結(jié)論就是如果當(dāng)我們?cè)谌~片測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)一些不可預(yù)期失效,無(wú)法明確到底是什么原因,我們?nèi)狈ψ銐虻男畔ⅲ覀冞€能做什么呢?首先,我們需要建立一個(gè)綜合靜態(tài)材料測(cè)試的數(shù)據(jù)庫(kù),其中包括標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài),不同溫度及濕度條件下的測(cè)試數(shù)據(jù)。作為制造商來(lái)說(shuō)也可以參與其中,其次需要通過(guò)測(cè)試定義以下影響,來(lái)自與纖維方向、缺陷或氣泡、材料和波動(dòng)范圍、編織角度、固化過(guò)程中的其他缺陷。
我們應(yīng)該建立在動(dòng)態(tài)疲勞載荷下的材料數(shù)據(jù)庫(kù),包括層壓制品、膠黏劑,泡沫或夾心材料。測(cè)試結(jié)構(gòu)件的疲勞性能,比如說(shuō)葉根件,連接件,三明治結(jié)構(gòu)件。從部件測(cè)試再到全方位的測(cè)試,應(yīng)該使用不同類型的無(wú)損檢測(cè)的方式,我覺(jué)得結(jié)構(gòu)是非常重要,應(yīng)該更多進(jìn)行無(wú)損的測(cè)試。
測(cè)試金字塔的底層,是一個(gè)材料測(cè)試,包括面內(nèi)剪切測(cè)試,壓縮測(cè)試,疲勞測(cè)試,斷裂的韌性測(cè)試。首先是面內(nèi)剪切測(cè)試,剪切的缺口測(cè)試,包括扁平測(cè)試,還有一個(gè)是IMA檢測(cè)測(cè)試,我們制定出了新的方面。最初的一個(gè)方面在我們看來(lái),是有一些不足的。比如說(shuō)在不需要進(jìn)行扭轉(zhuǎn)的情況下,做這個(gè)樣是有困難的。如果你閱讀了這個(gè)測(cè)試,那么你會(huì)看到你的測(cè)試相比正常的情況下會(huì)高出10%。但是也沒(méi)有人會(huì)使用這樣的信息,對(duì)于我們測(cè)試實(shí)驗(yàn)室來(lái)說(shuō),也是我們研制出新測(cè)試工裝的一個(gè)動(dòng)機(jī)吧。我們希望明年你們可以從德國(guó)公司購(gòu)買測(cè)試的工裝,或者從德國(guó)公司購(gòu)買測(cè)試包或者方案。包括對(duì)于我們新的測(cè)試包,測(cè)試工裝,我們可以用混合的加載,不光是剪切力,還包括其他方面,使用混合的加載,能夠測(cè)試更高荷載的要求。還可以樣品非測(cè)試方向的變形和扭轉(zhuǎn),這一點(diǎn)是很重要的。
我們已經(jīng)將新的測(cè)試方案進(jìn)行一個(gè)有效性的校度測(cè)試,這個(gè)過(guò)程需要半年到兩年的時(shí)間。將測(cè)試實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部結(jié)果和外部結(jié)果進(jìn)行比較的時(shí)候,可以看到第一個(gè)新的結(jié)構(gòu),希望能夠向之前的測(cè)試結(jié)果方案一樣的結(jié)果。在這種情況下,我們會(huì)獲得更好的結(jié)果,并不是每次測(cè)試結(jié)果都是一樣的,只是一個(gè)例子。
同樣壓力的測(cè)試,壓力測(cè)試的同時(shí),可以從公司方面進(jìn)行購(gòu)買,這是一個(gè)壓縮測(cè)試的工裝,最大的載荷可以從150牽牛到1000牽牛。不僅可以測(cè)試一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的材料件,還可以測(cè)試結(jié)構(gòu)件的壓縮。你也可以測(cè)試三明治的結(jié)構(gòu)都可以,比如進(jìn)行拉擠板材的設(shè)計(jì),還可以進(jìn)行有缺口樣品和無(wú)缺口樣品的測(cè)試,進(jìn)行1—3次的測(cè)試之后,可以完成所有載荷的測(cè)試,而整個(gè)測(cè)試的范圍很廣,這就是我想要強(qiáng)調(diào)的。適用樣品的厚度可以從1毫米—40毫米,有很多斷裂形式,一個(gè)黏合度很低,同時(shí)低彎曲度會(huì)造成影響。
下面舉一個(gè)例子,1000牽牛壓縮工裝的測(cè)試,可以測(cè)試的工裝參數(shù),最大的載荷,夾具的重量是一噸重,需要千斤頂或者專門的設(shè)備。除此之外要進(jìn)行一個(gè)補(bǔ)償。最終目的要對(duì)中,最后獲得了這樣的彎曲,是低于3%的。疲勞測(cè)試可以肯定,大家都非常了解這張圖了,樣品的研發(fā)實(shí)際上是在12年前了,這是我們專門針對(duì)單向的材料疲勞進(jìn)行測(cè)試,我們進(jìn)行了長(zhǎng)期的特殊尺寸的開(kāi)發(fā)。非常自豪的是,我看出這樣樣本的時(shí)候,很多實(shí)驗(yàn)室都在使用我們這個(gè)測(cè)試樣本,我感到很驕傲。我們?cè)谶@個(gè)過(guò)程中,已經(jīng)測(cè)試過(guò)五千個(gè)樣本了,不一定再要介紹我們研發(fā)樣本的目的,就像壓力測(cè)試一樣,在使用越來(lái)越多的三明治或者是不同厚度,我們需要的是更厚的一個(gè)橫截面進(jìn)行疲勞測(cè)試。我們可以測(cè)試樣本,有一個(gè)最大的五毫米的信號(hào)傳遞,在壓縮過(guò)程中,避免出現(xiàn)橫向彎曲,而且使用了抗彎裝置ABD,側(cè)測(cè)的過(guò)程使用了別的使用,可以確保最終結(jié)果是能夠交付一個(gè)真正有效的測(cè)試結(jié)果給客戶。
單向材料的疲勞測(cè)試,失效形式的分析。斷裂的韌性測(cè)試,不是一個(gè)新東西了,對(duì)我們來(lái)說(shuō),能夠?qū)⒘W(xué)測(cè)試,與此同時(shí)要考慮到測(cè)試環(huán)境的溫度和濕度,而且我們也使用了相應(yīng)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn),也可以使用額外的一些方法,意味著我們擁有通過(guò)認(rèn)證測(cè)量方法來(lái)得到高精度,低成本的計(jì)算。而整個(gè)解決方案非常成功,可以非常高效的進(jìn)行一個(gè)計(jì)算,可以決定材料的物理特性,以及它可能會(huì)出現(xiàn)斷裂拓展的速度。
最后介紹一個(gè)新的案例,使用斷裂測(cè)試進(jìn)行一個(gè)疲勞測(cè)試,左手的圖片就像是一個(gè)曲線,必須要決定動(dòng)態(tài)裂紋拓展的速度,而在右手邊可以看到確定動(dòng)態(tài)裂紋擴(kuò)展速度,意味著在斷裂韌性方面,有一些擴(kuò)展速度是存在的。
下面有一些總結(jié)性的發(fā)言,我們研發(fā)新的測(cè)試方法,我們的職責(zé)、理念、責(zé)任就是去研發(fā)新的測(cè)試方法,如果我們研發(fā)出來(lái)之后。我們進(jìn)行解釋,使用一個(gè)非常復(fù)雜的方法來(lái)明確這種方法的有效性,這個(gè)過(guò)程中,獲得了來(lái)自不同機(jī)構(gòu)的認(rèn)證,獲得來(lái)自DAkks認(rèn)證,這對(duì)于測(cè)試實(shí)驗(yàn)室來(lái)說(shuō)應(yīng)該是最低的要求了。證明了它的有效性之后,所有的測(cè)試結(jié)果都會(huì)得到確認(rèn),這是很重要的。對(duì)于疲勞測(cè)試的唯一的例子,就是在德國(guó)我們只有兩個(gè)測(cè)試實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行授權(quán)和認(rèn)證。
如果你有測(cè)試結(jié)果,從部件測(cè)試中獲得的結(jié)果,應(yīng)該把數(shù)據(jù)收集在數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中,我們談到人工智能和虛擬測(cè)試,這個(gè)過(guò)程中需要的是信息。我的夢(mèng)想是在未來(lái)將會(huì)有更多仿真測(cè)試,你需要有工具,IMA也能夠提供這樣的工具,這就是未來(lái)的一個(gè)方向。
簡(jiǎn)單的總結(jié)一下,首先我嘗試去解釋一種新的材料測(cè)試的方法,通過(guò)這種新的材料測(cè)試的方法,可以做出貢獻(xiàn),能夠提供更準(zhǔn)確的材料特性的報(bào)告,能夠作為一個(gè)成功的風(fēng)業(yè)開(kāi)發(fā)的組成部分。下面看一個(gè)短視頻,這是對(duì)樣本進(jìn)行固定,很容易就進(jìn)行了規(guī)模化的擴(kuò)大,這是一個(gè)很高的載荷,你需要更多的參數(shù)設(shè)計(jì)。非常感謝大家的聆聽(tīng),這就是我的發(fā)言,謝謝大家。
(發(fā)言由現(xiàn)場(chǎng)速記整理,未經(jīng)本人審閱)