蠕變測試的案例
金屬小棒棒抓起來燒烤了40年-蠕變試驗
2009年6月18日，NIMS 的蠕變測試時長已經達到了348 310小時，僅次于德國西門子的記錄——356 463小時，但是西門子的相關實驗在2000年終止了。
而到了2011年2月27日，NIMS 取代了西門子，取得了世界上最久的的蠕變測試數據，實驗持續時間超過了14 853天（40.7年）。到了2015年，NIMS 的金屬蠕變測試依舊在繼續。
創下了世界紀錄的材料是含碳0.3%的鋼材，它是用來制造鍋爐和壓力容器的材料，實驗條件是400攝氏度的高溫和294兆帕的高壓。
鋼材經歷40年蠕變后的結果
持續了40年的實驗數據，對于全世界的科學家和企業來說都是珍貴的資料。
歐洲蠕變合作委員會（ECCC）表示，NIMS 的蠕變測試數據是受到國際承認的金屬標準化參考依據。許多科研論文也都會參照這些數據。
比如，2016年，歐盟的一項材料標準制定研究中對歐洲壓力容器用鋼板X10CrMoVNb9-1（可以制造制造反應器、換熱器、分離器、球罐、油氣罐、液化氣罐、核能反應堆）的計算就基于 NIMS 的數據。
NIMS 的蠕變測試的數據被印發給470個日本科研單位和企業，以及超過220個海外機構。2003年4月開始，這些數據可以在線下載了。2004年，NIMS 和中科院也達成了合作。
2018年，NIMS 又更新了一波蠕變測試數據。而隨著新數據的出爐，發電站的安全標準也要進行相應的更改。比如，NIMS 的研究發現，鋼材強度隨時間的蠕變比以前的估計要大，因此實際上發電站的管道替換頻率應當提高。
展開 【可靠性】塑料蠕變——不僅僅是變形的簡單描述
某軟質塑料的標稱蠕變應變曲線圖
塑料蠕變試驗相關標準：
ISO 899-1 蠕變行為的測定 - 第 1 部分：拉伸蠕變
ISO 899-2 蠕變行為的測定 - 第 2 部分：三點加載的彎曲蠕變
ASTM D2990塑料拉伸、壓縮和彎曲蠕變和蠕變破裂的標準測試方法
ISO 16770塑料 - 聚乙烯環境應力開裂 (ESC) 的測定 - 全缺口蠕變試驗 (FNCT)
ISO 3384-1硫化或熱塑性橡膠 – 壓縮應力松弛的測定
蠕變試驗確定了哪些特征值？
拉伸蠕變應變、標稱拉伸蠕變應變、拉伸蠕變模量、標稱拉伸蠕變模量、破斷時間、等時應力-應變曲線、蠕變恢復等。
需要提前明確哪些條件？
進行蠕變性能測試，需明確三個條件：溫度、載荷、時間。溫度應與狀態調節相同的環境下進行試驗，試驗時間內溫度偏差在±2℃；載荷應與材料的預期應用相當，規定初始應變可通過模量進行換算得出初始載荷；時間無規定，準確至±2s內，通常在1000h內。
國高材分析測試中心可根據試驗要求設計完整的塑料蠕變測試方案，包括蠕變曲線繪制、蠕變屬性參數標定等，同時提供對蠕變測試結果的分析和解釋，幫助工程技術人員在產品設計階段更好地理解和應用蠕變測試結果，從而進一步提高研發產品的性能和使用壽命。
展開 溫度-應力耦合作用下PTFE壓縮蠕變機理與檢測體系構建
壓縮蠕變測試標準
ASTM E139-11：標準蠕變、應力斷裂試驗方法，適用金屬材料
ISO 204:2018：非金屬材料高溫蠕變測定規范
GB/T 2039-2012：金屬拉伸蠕變及持久試驗方法
ASTM D2990-17：塑料蠕變和蠕變斷裂測試標準
JIS R 1611:2010：精細陶瓷高溫彎曲蠕變試驗方法
壓縮蠕變測試設備
國高材分析測試中心壓縮蠕變試驗機
技術參數：
力值傳感器量程:10KN，1kN;力值傳感器精度:
+0.02%
步進馬達:0.072°/step，旋轉一圈360°走5000步;步進馬達精度:0.05um
光學測量精度:3um;光學系統測量延伸率范圍:30mm-200mm
標記塊安裝架尺寸:10mm*4mm，12.7mm*3.2mm
環境箱溫度范圍:-50℃-250℃
咨詢電話：020-66221668
壓縮蠕變的影響因素
1）溫度
溫度通過改變分子熱運動能量和自由體積，顯著影響蠕變行為（圖 3）：
玻璃態（T < Tg，Tg=157℃）：鏈段運動受限，普彈形變主導，蠕變柔量隨時間變化小，蠕變速率低。
高彈態（T > Tg）：鏈段自由運動，高彈形變迅速發展，蠕變柔量快速趨于平衡，穩態速率低。
玻璃化轉變區（T≈Tg）：鏈段松弛時間與觀測時間相當，蠕變柔量急劇變化，蠕變速率達到峰值。此時，PTFE 的非晶相從凍結狀態轉為活化狀態，分子鏈段的協同運動導致形變敏感性增強。
展開 SLM制造MTS高溫拉伸夾具
AFIT研究人員利用SLM制造的IN 718 MST夾具，在高溫蠕變測試中具有很低的熱應力，降低了夾具在高溫和壓力環境下開裂的可能性。為進一步提高冷卻流道的散熱能力，設計更為復雜的螺旋流道，創造湍流環境，提高熱傳換效率，這種設計也適用于其他類似應用。
（來自：3D打印技術參考）
Abaqus粘彈性材料蠕變測試仿真案例講解
Abaqus粘彈性材料蠕變測試仿真案例講解
柔性屏彎折試驗機：從實驗室到生產線的全場景測試應用
三、全場景模擬測試：應對復雜應用環境
（一）高低溫環境測試
1、低溫脆性測試：在寒冷地區使用的柔性屏設備，如戶外作業的智能終端、低溫環境下的可穿戴設備等，柔性屏需具備良好的低溫抗彎折性能。高低溫彎折試驗機通過精確控制低溫環境（如 - 40℃），對柔性屏進行彎折測試，模擬其在低溫下的使用場景。例如，OLED 屏幕在低溫下易脆化，通過測試可評估其在低溫彎折過程中的裂紋擴展情況，為改進材料配方、優化封裝工藝提供數據支持，確保柔性屏在低溫環境下的可靠性。
2、高溫蠕變測試：在高溫環境中，如車載中控屏在夏季長時間暴曬后，柔性材料可能因軟化或蠕變導致失效。高低溫彎折試驗機可設定高溫環境（如 60℃），對柔性屏進行抗壓折、抗蠕變測試。通過監測材料在高溫彎折過程中的變形量、應力變化等參數，評估其高溫性能，優化材料選擇與結構設計，保證車載柔性屏在高溫環境下的正常使用。
（二）濕度與復雜環境綜合測試
1、濕度影響測試：在高濕度環境下，如南方的梅雨季節或潮濕的工業環境中，柔性屏可能面臨水汽侵蝕、絕緣性能下降等問題。彎折試驗機配備濕度控制功能，可模擬不同濕度環境（如 85% RH），對柔性屏進行彎折測試。觀察柔性屏在高濕度環境下彎折時，是否出現屏幕短路、顯示異常、材料腐蝕等現象，為提高柔性屏的防潮性能提供改進方向。
2、復雜環境綜合模擬：為更真實地模擬柔性屏在實際使用中的復雜環境，部分高端彎折試驗機可同時控制溫度、濕度、振動等多個因素，進行綜合測試。例如，模擬車載柔性屏在行駛過程中，不僅要承受高溫、高濕環境，還會受到車輛振動的影響。通過這種綜合測試，全面評估柔性屏在復雜環境下的可靠性，確保產品在各種極端條件下都能穩定工作。
展開 柔性屏彎折試驗機：從實驗室到生產線的全場景測試應用
</p><h1>三、全場景模擬測試：應對復雜應用環境</h1><p>（一）高低溫環境測試</p><p>1、低溫脆性測試：在寒冷地區使用的柔性屏設備，如戶外作業的智能終端、低溫環境下的可穿戴設備等，柔性屏需具備良好的低溫抗彎折性能。高低溫彎折試驗機通過精確控制低溫環境（如 - 40℃），對柔性屏進行彎折測試，模擬其在低溫下的使用場景。例如，OLED 屏幕在低溫下易脆化，通過測試可評估其在低溫彎折過程中的裂紋擴展情況，為改進材料配方、優化封裝工藝提供數據支持，確保柔性屏在低溫環境下的可靠性。</p><p>2、高溫蠕變測試：在高溫環境中，如車載中控屏在夏季長時間暴曬后，柔性材料可能因軟化或蠕變導致失效。高低溫彎折試驗機可設定高溫環境（如 60℃），對柔性屏進行抗壓折、抗蠕變測試。通過監測材料在高溫彎折過程中的變形量、應力變化等參數，評估其高溫性能，優化材料選擇與結構設計，保證車載柔性屏在高溫環境下的正常使用。</p><div contenteditable="false" width="100%">
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展開 蠕變疲勞分析背景
第三階段：加速蠕變階段，直至最終產生蠕變斷裂。
蠕變應變率
蠕變應變率是應力、應變、時間、溫度的函數：
蠕變損傷中應力不需要“循環”，隨著溫度增加，材料內原子受到激發從而進行擴散，促使微觀縫隙產生，增長變大。
蠕變損傷評估分析的計算的起始點都是需要進行蠕變測試，蠕變損傷評估方法支持Larson-Miller和Chaboche兩種方法。
1、Larson-Miller方法
Larson-Miller曲線方法使用一系列的“應力”和“Larson-Miller參數”點描繪，如圖1.2所示。
展開 引述中科院劉維民院士團隊《Chemical Reviews》綜述：力學“協同方法學”如何指導光學膠研發
量化“非共價作用”的耗能效率：
動態疲勞裂紋擴展測試
綜述強調，非共價相互作用是分子工程的核心耗散機制。我們的此項測試，通過精確測量裂紋擴展速率（da/dN），能直接量化不同分子設計（如氫鍵密度、離子相互作用強度）在循環載荷下反復斷裂與重建的耗能效率，為評判分子設計方案的長期耐久性提供最直接的實驗證據。
預判“異質結構”的失效起點：
靜態蠕變裂紋擴展與多軸測試
針對綜述中重點提及的異質模量組分與機械互鎖等結構工程策略，靜態蠕變測試能揭示在持續應力下，裂紋是否傾向于在模量過渡區萌生和緩慢擴展。而雙軸十字拉伸測試則能評估異質結構在復雜應力狀態下的各向異性行為，判斷其設計是否真正實現了應力均化。
我司測試獲得的靜態蠕變裂紋擴展測試應力應變曲線
評估“網絡結構”的長期穩定性：
應力松弛測試
無論是分子工程中的交聯劑效應，還是結構工程中的溶劑相調控，最終都影響了聚合物網絡的粘彈性。應力松弛測試能精準捕捉網絡鏈段在恒定形變下的重組與流動特性，預測材料在長期服役中的夾持力保持率，防止因應力松弛導致的粘接失效。
我司測試獲得的應力松弛測試應力應變曲線
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我們的專注：為您揭示材料力學行為的內在邏輯
易瑞博科技團隊源于清華大學在材料力學領域的深厚積累。我們專注于一件事：運用專業的測試與分析手段，幫助您看清從分子/結構設計到宏觀性能與失效的內在邏輯。
我們不做材料配方，但我們致力于成為您可靠的研發伙伴，幫助您：
通過基礎力學測試快速表征材料性能基線，為篩選與建模提供數據。
通過專業耐久性測試驗證新分子結構或網絡設計理念的實際效果。
定位產品在可靠性測試中失效的根本原因。
為您的仿真模型和壽命預測提供堅實、可信的數據支撐。
展開 電工電子殼體用ABS蠕變本構方程擬合及長期變形情況預測
在生活中有不少具有蠕變和應力松弛現象的例子。例如在燈柱之間，燈絲圈會隨著時間不斷下垂變長，這是燈絲自身重量引發的蠕變。緊固件如密封圈在放置一段時間后變松了，這是因為發生了應力松弛現象。打包帶變松，緊繃的橡皮筋變松等都是應力松弛現象。在一些產品設計如壓力容器，蠕變和應力松弛可能引起產品失效，此時蠕變和應力松弛是需要重點考慮的因素。
利用蠕變本構方程，可以模擬材料在實際工作條件下的長期變形，預測結構的壽命，這對于長期在高溫條件下服役的產品尤為重要，有利于優化產品的設計和性能。本文采用電工電子產品殼體常用ABS材料進行研究，依據測試數據擬合得到ABS蠕變本構方程，并根據時間-溫度-應力等效原理對其在較長時期的蠕變變形情況進行預測，為ABS材料的使用穩定性提供一些參考。
采用DMA三點彎曲測試，分別測試45°C和55°C下0.3MPa、0.6MPa、1.2MPa下的100h的蠕變測試，得到蠕變應變-時間曲線，如圖1所示。同時測試試樣楊氏模量和泊松比，如表1所示。
a. 45℃不同應力水平下的蠕變應變曲線
b. 55℃不同應力水平下的蠕變應變曲線
圖1 不同溫度下的蠕變應變-時間曲線
表1 45℃下的楊氏模量和泊松比
1. 蠕變本構方程擬合
蠕變應變-時間曲線一般分為三個階段：蠕變減速階段，穩定恒速階段和蠕變加速階段，根據測試情況只有前兩個階段。一般情況下，蠕變應變（蠕變應變率）是時間、應力、應變、溫度的函數，蠕變應變及蠕變應變率可以使用時間、溫度、應力、應變相關函數的乘積來表示，具體如下公式（1）：
對于只有前兩個階段的測試情況，比較合適的本構方程主要有時間硬化本構、應變硬化本構、指數類本構等，穩定階段的本構方程對僅關注蠕變第二階段有良好效果。
展開 SINTAVIA 使用 Inspire 及增材制造技術設計生產航空零配件
它擁有六臺高速打印機，并且周邊坐落著全球最大的四家 OEM 廠商，擁有熱等靜壓機，真空熱處理爐，工業 CT 掃描儀，電火花線切割機，全套機械測試設備（包括高溫拉伸，疲勞和蠕變測試），一個完整的冶金實驗室（包括掃描電子顯微鏡和光學發射光譜儀）和微粉末實驗室，Sintavia 可以以優于任何競 爭對手的速度進行參數優化，連續制造和質量審核。
挑戰
Sintavia 總裁 Doug Hedges 是機械工程師和增材制造專業人士。Doug的經 驗包括部件制造批準（PMA），指定工程代表（DER）維修，OEM部件制造和設計，以及大型噴氣發動機維修，修理和檢修（MRO）。
最近，Doug 開始證明增材制造技術可以應用于航空航天替代零件生產。 Doug 的目標是生產出符合或超過現有支架機械性能的優化設計航空托架，同時降低零件的整體重量。為了做到這一點，Doug 根據他以前的職業經驗，選擇了一個組件進行測試。道格選擇的組件是一個用于低壓渦輪機的航空零配件。這個特定的部件在每臺發動機上都有 12 個。
Doug 指出：“我的目標是使用有機設計和增材制造，幫助組織來精簡維護、 修理和大修環節。如果這些組織采用這些技術，他們可以看到許多好處，包括 精簡（內部）制造，更容易制造與決策購買，使用虛擬庫存，更換過時或停產零件，以及改進零件的性能特征，包括減輕重量，增加強度，增加疲勞特性。”
“對于發動機渦輪部件，我想使用 Inspire 優化方法，繼續努力進一步減少質量。 我們還計劃將卡環加強，甚至可以在一體化軸承設計上進行嘗試。”
展開 
為何仿真總在動態工況下“失靈”？您可能缺了這份粘彈性數據
如果您需要預測橡膠部件的動態剛度、振動阻尼、生熱或長期松弛/蠕變行為，可以點擊文章底部閱讀原文，或掃描下方二維碼，歡迎隨時與我們聯系，獲取專業的技術咨詢與測試方案。
☆ END ☆
【專業基礎】機械設計必備知識點 —— 密封墊片如何選型
墊片材料應能夠抗蠕變，以降低墊片的應力松弛，這樣才能保證墊片在工作條件下密封，大多數墊片材料隨著溫度的升高，蠕變會變得嚴重，因此，墊片質量優劣的一個重要指標就是墊片在一定溫度下的蠕變松弛性能。
圖3 不同的改性PTFE和傳統純PTFE的蠕變測試對比
應用
主要是指墊片所處的連接系統的信息，需要根據法蘭的材質，法蘭的密封面型式，法蘭的粗糙度以及螺栓信息等來選擇合適的墊片材質和型式。
非金屬類法蘭就必須選擇預緊力要求比較小的墊片，否則很可能會有在法蘭上緊過程中，墊片還沒有壓緊而法蘭已經壓碎的情況出現（如圖4）。
圖4 非金屬法蘭被壓碎
對于不同的法蘭密封面型式，與之相對應的墊片型式也是不一樣的，例如突面法蘭（RF）對應的纏繞墊片型式就是帶內外環型纏繞墊片，榫槽面（TG）法蘭對應的纏繞墊片型式就是基本型纏繞墊片，凹凸面（MFM）法蘭對應的纏繞墊片型式就是只帶內環的纏繞墊片（如圖5）。
圖5 不同的法蘭密封面型式對應不同型式的纏繞墊片
不同的墊片對于法蘭粗糙度要求也是不一樣的，具體可以參考圖6。
圖6 不同墊片推薦的法蘭表面粗糙度
介質
墊片應在全程工作條件下不受密封介質的影響，包括抗高溫氧化性、抗化學腐蝕性、抗溶劑性、抗滲透性等，顯然墊片材料對介質的耐化學腐蝕性是選擇墊片的首要條件。對于非金屬墊片或者復合墊片中的非金屬材料來說，材料的耐化學腐蝕性能可以參考墊片廠家提供的非金屬材料抗化學品性能表。
展開 機械設計知識點 —— 密封墊片如何選型
墊片材料應能夠抗蠕變，以降低墊片的應力松弛，這樣才能保證墊片在工作條件下密封，大多數墊片材料隨著溫度的升高，蠕變會變得嚴重，因此，墊片質量優劣的一個重要指標就是墊片在一定溫度下的蠕變松弛性能。
圖3 不同的改性PTFE和傳統純PTFE的蠕變測試對比
應用
主要是指墊片所處的連接系統的信息，需要根據法蘭的材質，法蘭的密封面型式，法蘭的粗糙度以及螺栓信息等來選擇合適的墊片材質和型式。
非金屬類法蘭就必須選擇預緊力要求比較小的墊片，否則很可能會有在法蘭上緊過程中，墊片還沒有壓緊而法蘭已經壓碎的情況出現（如圖4）。
圖4 非金屬法蘭被壓碎
對于不同的法蘭密封面型式，與之相對應的墊片型式也是不一樣的，例如突面法蘭（RF）對應的纏繞墊片型式就是帶內外環型纏繞墊片，榫槽面（TG）法蘭對應的纏繞墊片型式就是基本型纏繞墊片，凹凸面（MFM）法蘭對應的纏繞墊片型式就是只帶內環的纏繞墊片（如圖5）。
圖5 不同的法蘭密封面型式對應不同型式的纏繞墊片
不同的墊片對于法蘭粗糙度要求也是不一樣的，具體可以參考圖6。
展開 超薄電子產品外殼用復合材料動態拉伸力學行為特征及其失效機理研究
服務能力推薦
復合材料評價綜合解決方案
國高材分析測試中心依托先進疲勞試驗機、多工位蠕變測試系統及多軸沖擊設備等專業檢測平臺，為無人機、汽車、消費電子等領域提供復合材料疲勞特性、蠕變性能及抗沖擊性能等全維度測試服務，致力于為產業客戶提供覆蓋材料研發到產品應用的全生命周期質量保障解決方案。
咨詢電話：020-66221668
附
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