動態力學測試的案例
科技前沿 | 材料動態力學測試——霍普金森桿實驗
01
動載下材料力學相應測試需求
大家都知道，常規靜態拉伸，研究的是處于靜力平衡狀態下的材料，以忽略材料的慣性作用為前提。爆炸/沖擊載荷以載荷作用的短歷時為其特征，在這種條件下，材料處于隨時間迅速變化著的動態過程。
霍普金森桿拉伸實驗，可測得材料在高應變率（102-104/s）下的應力-應變曲線。強沖擊載荷所具有的在短暫時間尺度上發生載荷顯著變化，同時也意味著高加載率或高應變率，所測得的可變形材料的應力-應變曲線，是研究該材料試件動態力學特性的重點。
02
霍普金森桿測試原理
該研究采用霍普金森桿裝置，用于材料動態力學性能的測試，應變率范圍102-104s-1。基本原理為：當qinag膛中的打擊桿（zidan）以一定速度彈入輸入桿時，在輸入桿中產生一個入射脈沖，應力波通過彈性輸入桿到達試件，試件在應力脈沖作用下產生高速變形。
應力波通過試件同時產生反射脈沖，進入彈性輸入桿和投射脈沖進入輸出桿。測速器可以獲得zidan的打擊速度，粘貼在彈性桿上的應變片，記錄應變脈沖計算材料的動態應力、應變參數。
根據粘貼在壓桿上的電阻應變片測得的入射波、反射波、透射波，以及一維應力波理論可得到如下的計算公式。
展開 高應變速率和準靜態力學拉伸性能有什么不同？如何準確選擇測試設備？
基于高速液壓伺服試驗機的材料動態拉伸試驗是獲得中低應變率力學性能的主要手段，但如何獲得材料的動態拉伸載荷、動態應變，以及失效過程的熱耗散數據是試驗測試的關鍵。就像飛機在服役過程中結構可能會遭受鳥撞、應急墜撞等沖擊載荷的作用，如飛機機頭和機翼結構是飛鳥、冰雹等外來物沖擊的密切關注部位，飛機機體下部結構則需進行抗墜撞設計以提高其適墜性。飛機結構在沖擊載荷作用下，材料的力學行為相較準靜態加載需考慮應變率效應的影響，即隨著加載應變率的提高，材料往往呈現出一定的應變率敏感性。以往研究表明，高強度材料的強度極限和失效應變等參數隨著應變率的提高會發生顯著變化，因此，為準確進行飛機結構的抗沖擊設計和分析，需通過試驗手段獲得材料的動態力學性能參數。
一般而言，應變率范圍10-1s-1～103s-1為中低應變率狀態，處于該范圍左右兩端之外的則分別為準靜態和高應變率狀態。需要說明的是在不同的應變率范圍，需匹配不同的試驗設備進行力學性能測試，如圖1所示，如準靜態范圍一般通過常規的靜態試驗機，中低應變率范圍則一般通過高速液壓伺服試驗機，而高應變率范圍則一般采用霍普金森桿試驗裝置。相較而言，中低應變率范圍內的材料動態力學性能測試方法尚沒有準靜態和高應變率下的測試方法成熟，主要體現為基于高速液壓伺服試驗機的材料中低應變率動態拉伸試驗相對較少，在關鍵試驗參數測試、試驗數據處理等方面有待進一步形成共識。
圖1 典型材料在不同應變率范圍的試驗裝置
高速拉伸試驗機
霍普金森桿
材料的動態應變測試
材料力學性能試驗中應變測試的常規方法包括應變電測法和引伸計測量方法。但受限于常規應變片使用量程的限制，無法測量材料的塑性變形全過程。而材料動態拉伸試驗為瞬態破壞過程，傳統機械引伸計易發生損壞也不適用。
展開 可調節腰椎支撐座椅舒適性非人體測試方案
支撐高度量化測試
機械臂操作流程：設定腰椎支撐高度調節范圍（0-100mm，步進 5mm），機械臂帶動 H 點模型依次定位至各高度檔位，每個檔位保持靜態加載 30 分鐘。
數據采集：壓力板實時記錄腰部接觸區域的壓力峰值、均值及分布均勻性（用變異系數 CV 值表示），同時通過激光位移傳感器（精度 ±0.1mm）監測模型腰椎曲線的貼合度，要求支撐面與模型腰椎的間隙≤2mm。
2. 支撐硬度力學測試
硬度梯度設定：將腰椎支撐硬度劃分為 5 個等級（邵氏硬度 20A-60A），利用機械臂對支撐面施加 100N-300N 的漸變載荷，采集壓力 - 形變曲線。
性能評估：計算支撐材料的彈性模量、滯后損失率等力學參數，理想狀態下要求彈性模量在 10-20MPa，滯后損失率＜15%，以保證支撐的緩沖性能。
（二）動態舒適性測試
1. 振動工況模擬測試
路況參數設定：在動態力學測試平臺上復現三種典型工況：
平坦路面：10Hz 正弦振動，振幅 ±5mm，持續 30 分鐘；
顛簸路面：5-20Hz 隨機振動，加速度 0.5-1.5g，持續 60 分鐘；
減速帶沖擊：單次 50Hz 脈沖振動，峰值加速度 3g，間隔 1 分鐘重復 10 次。
響應指標：通過壓力板分析動態壓力波動范圍（要求波動幅度＜靜態壓力的 20%），利用加速度傳感器測量腰部支撐的共振頻率（理想區間 4-6Hz，避開人體共振區）。
2. 姿態變化耐久性測試
機械臂循環動作：設定座椅姿態變化程序：靠背角度 110°-130° 往復調節（速度 5°/s），腰椎支撐高度 30mm-80mm 周期性變化，連續運行 1000 次循環。
展開 德國m+p 國際公司VibPilot振動控制測試和動態信號分析的多通道測試儀器
德國m+p 國際公司VibPilot振動控制測試和動態信號分析的多通道測試儀器
慧通測控汽車門鎖測試系統：力學性能測試系統解決方案
汽車門鎖作為汽車被動安全體系的核心部件，其性能可靠性直接關乎駕乘人員的生命安全，而極端溫度環境下的力學性能表現，更是衡量門鎖品質的關鍵指標。在汽車產業對零部件測試要求日益嚴苛的當下，北京沃華慧通測控技術有限公司推出的汽車門鎖測試系統（高低溫環境），以專業的測試方案、精準的技術參數和貼合國標要求的設計，為汽車門鎖的力學性能檢測提供了智能化解決方案，成為汽車零部件檢測領域的重要利器。
設備整體設計：適配極端環境，布局科學便捷
這款測試系統專為汽車門鎖力學性能測試打造，核心由測試軸及夾具調整臺構成，測試工位采用獨立模組設計，常溫狀態下測試模組置于控制柜上方，布局緊湊且操作便捷。
為應對不同氣候工況下的門鎖性能檢測需求，設備可靈活配置高低溫箱，能精準控制被測樣品處于 - 40℃至 85℃的極端溫度環境中完成測試，完美模擬北方極寒、南方高溫等不同地域的實際使用場景，有效驗證門鎖在溫度劇烈變化下的性能穩定性。
測試標準與工作原理：貼合國標，數據精準可視化
遵循國標檢測，結果權威合規
系統嚴格遵循GB 15086-2013《汽車門鎖及車門保持件的性能要求和試驗方法》，該標準為汽車門鎖檢測核心依據，確保測試結果的權威性和合規性，為汽車零部件企業產品研發、質量把控提供符合行業規范的檢測支撐。
核心驅動原理，全維度檢測性能
系統核心測試軸由伺服電機驅動，通過電缸帶動鋼絲繩拉動鎖芯開關，設備末端搭載高低溫測力傳感器，測試過程中，傳感器捕捉的力與位移數據配合軟件運算，可自動繪制力與位移曲線圖，實現測試數據可視化、直觀化。
展開 高溫動態應變測試
對動態測量，2/4-wire開關可以設置成2線方式，輸入可以是AC耦合，即只有應變計的動態波動被允許放大。由于差分放大器輸入是一對對稱平衡的差分信號，使得差分放大器具有極高的共模噪聲抑制能力，允許使用同一片應變計進行靜態和動態數據的測量。
圖1 對稱恒流源連接圖
對稱恒流源激勵技術的優點
優點1：采用對稱恒流激勵技術，因為恒流激勵不會受到電纜長度、阻值的影響，可以保證測量靈敏度和線性度。
優點2：對稱布局提供了更多的優點：在圖1中我們能看到，就作用于應變計和互聯電纜的干擾噪聲源而言，差分放大器的兩個連接輸入端，無論是物理特性、還是電氣特性，都是對稱的。只要適當注意一下布線和接線技術，兩個對稱的輸入端的噪聲拾取將幾乎相同，因此后端差分放大器將顯著降低對靜電噪聲和電磁噪聲的敏感性。
優點3：對稱布局的其它優點包括“改善對應變片故障情況的容忍度”，以及中點為零點的電流變化范圍，能更好地利用信號調理器中采用的雙極性電源。
對稱恒流源激勵技術使用一對匹配的電流源激勵應變片，使用一個差分放大器測量應變計兩端電壓差，導線電阻對傳遞到應變計上的激勵電流沒影響，任何溫度下不會降低應變計靈敏度；信號采集器采集的應變信號，無需增加通道增益；信號采集器內外連接完全對稱，信噪比改善約40dB。
對稱恒流激勵技術與傳統恒壓源激勵之間的區別
傳統惠斯通電橋采用恒壓模式，是應變測量最普遍的方法。在高溫動靜態應變測量中，惠斯通電橋測試法主要產生三種測量不確定度。
（1） 任何載流導線上的電阻都會導致應變計靈敏度降低。使用通道增益可以補償降低的靈敏度，但是測量過程中延長線的電阻會隨溫度變化，造成乘常數測量不確定度。
（2） 惠斯通電橋的連接依靠載流導線電阻溫度系數的精確匹配來保持電橋平衡。
展開 原位納米力學測試系統——材料微觀力學性能
材料微觀力學性能原位測試儀器具有：微觀、原位、復合載荷、多物理場耦合四大特點，其中復合載荷、多物理場耦合特點在傳統宏觀力學測試儀中有應用，微觀、原位是不同于傳統宏觀力學測試試的特點。微觀測試：宏觀測試 傳統力學測試，（原位納米力學測試系統）針對的都是宏材尺度試件；微觀測試 微納米級；納米尺度下對試件材料進行力學性能測試；微納米力學測試相比于傳統的力學測試在測試精度上有著本質的提升，（原位納米力學測試系統）使得人類可以從更為微觀的理解材料的力學性能與微觀未知世界。原位：對材料進行力學性能測試中，通過掃描電子顯微鏡等儀器對載荷作用下材料變形損傷進行全程動態監測的一種力學測試新技術。（原位納米力學測試系統）原位測試儀器：在顯微成像設備的腔體內進行試驗材料拉伸/壓縮力學性能測試的系統；（原位納米力學測試系統）獲得彈性模量、屈服極限及破壞極限等重要力學參數；并結合顯微成像設備的圖像記錄功能材料的損傷變形、裂紋產生等力學行為分析。 （原位納米力學測試系統）離位測試：試驗機對材料試作進行拉伸試樣；由試驗機繪出載荷-伸長曲線，進而得到載荷作用下應力應變曲線圖；拿經過拉伸試驗的試件去掃描電鏡進行放大觀察分析，（原位納米力學測試系統）電鏡將試件放大到5000倍觀察即是微觀級別，放大到10000倍是納米級別。
納米力學主要研究納米尺度物質的力學性質和動力學問題，有非常廣泛和重要的科研和應用價值。傳統的力學系統通常由牛頓力學描述，（原位納米力學測試系統）而納米力學可以實現傳統力學體系無法實現的功能和動力學特性，近年來受到了廣泛的關注。產生超強非線性效應和非對稱的振動傳播，（原位納米力學測試系統）對未來該領域的基礎和應用研究起到了重要推動作用。 眾所周知，胡克定律是支配力學系統的重要規律，其可以表述為對于微小的形變，力學系統的響應是線性的。
展開 船用隔振器動態性能測試方法研究
由此可見，在進行橢圓法動態性能試驗時，激振頻率、激振位移幅值的選值，對測試結果有著較大的影響。這將為隔振器動態性能試驗的準確性評估提供參考依據。
引用本文：
周煥陽，姚明格，張望，劉浩，孫航.船用隔振器動態性能測試方法研究[J].環境技術,2022,40(04):151-156.
文章來源：環境技術核心期刊
Phys Rev Mater：原位高溫納米力學測試——探索準晶體微納尺度力學和相變
正是因為這個原因，從上個世紀80年代準晶被發現到現在，大部分的研究都是準晶在特定條件下的力學性能（如：高于500 攝氏度或者是在液體靜壓力下測試）。
圖2.（上）展示Al-Pd-Mn結構；（
下） Ho-Mg-Zn 十二面體準晶 (wikipedia.org ? wiki ? Quasicrystal)
最近，多倫多大學材料系鄒宇教授課題組和蘇黎世聯邦理工 (ETH Zurich)的Jeff Wheeler博士合作用原位高溫納米力學測試平臺研究了20面體準晶Al-Pd-Mn從室溫到500攝氏度的力學行為和相變特征。該工作發表在最近的一期Physical Review Materials上。（【4】Cheng et al., Phys. Rev. Materials （2021））第一作者是多倫多大學博士生Changjun Cheng, 通訊作者為鄒宇教授。其他作者包括ETH的Yuan Xiao 和JeffWheeler博士，多倫大學的博士生Michel Hache 和Zhiying Liu。
在此之前，2016年鄒宇在讀博士期間和其同事通過微納力學的辦法第一次在實驗中觀察到室溫下同軸壓縮的20面體準晶Al-Pd-Mn的塑性 ，并且發現位錯滑移(dislocation glide)在室溫下的可能性。（【1】Zou et al. Nature Communications 7,(2016)）
圖3. 二十面體準晶Al-Pd-Mn隨著樣品尺寸減小到500nm一下發現良好的塑性。
展開 SiC器件開關動態測試挑戰及應對方法
我們先來看看不同技術的功率器件的區別，下圖可以看到傳統的Si基的IGBT或者MOSFET管要么分布在高壓低速的區間，要么分布在低壓高速的區間，市面上傳統的探測技術可以覆蓋器件特性的測試需求。但是第三代半導體器件SiC 或GaN的技術趨于成熟，因為其高速，高耐壓，抗高溫，體積小，低功耗被越來越多的應用在電源轉換產品上，從性能區別于傳統Si基的功率器件卻大大擴展了分布的區間，覆蓋以往沒有出現過的高壓高速區域，這就對器件的測試提出非常嚴苛的挑戰。
下文是重慶大學曾正教授在今年演講文稿，非常清晰的解釋了SiC
器件開關動態測試的一系列挑戰及應對方法，希望對各位朋友的日常工作有
幫助！
展開 符合功能安全要求的動態測試工具-TESSY
功能介紹
- 自動生成測試環境
Tessy可以自動生成測試環境驅動，選擇自動或者手動打樁以及自動生成測試用例模板，幫助客戶提高測試用例設計效率。
- 多種測試用例確定方式
除了可以在簡潔的界面中手動輸入測試用例之外，還支持從Excel中導入測試數據，也可以通過腳本編輯器編寫測試用例。另外，Tessy里集成了CTE軟件，根據分類樹的方法，將每個接口的等價類進行劃分，半自動化的生成測試用例，降低用例冗余度，提高測試效率。
用例設計
用例腳本編輯器
CTE分類樹設計
- 支持動態測試的各階段
Tessy可以支持從單元測試到系統測試的動態測試過程各個階段，通過單元測試檢查每個函數的功能完整性，通過集成測試對各個子模塊進行功能驗證以及模塊間接口測試，可以通過與目標板集成進行系統功能驗證。
另外Tessy可以自動識別被測對象的接口變更，提示我們需要更新測試用例；版本迭代時，可重用測試用例和測試數據，節約大量回歸測試需要的工作和時間，在接口不變的情況下，Tessy可以自動化地執行不需要用戶介入的回歸測試。
- 全自動地測試執行及評估
Tessy檢查源文件并且通過分析程序代碼來確定函數以及他們的接口，這些信息將被保存在特定的數據庫中供隨時檢索，接口信息和測試數據的分離實現了結構和數據之間的明確劃分，一方面，接口的測試使首先顯示變化成為可能；另一方面，如果發生變化，通常也只有要測試的函數接口的幾個元素要發生變化，在Tessy中接口發生變化時的處理相當簡單。
展開 
我國力學工作者在材料動態失效領域的最新成果
圖4 動態剪切失效過程中的典型事件發生時刻
作者簡介
西工大郭亞洲副教授為本文第一作者，北理工陳浩森副教授、西工大李玉龍教授、北理工方岱寧院士為本文共同通訊作者。西工大阮啟超碩士和北理工朱盛鑫博士參與實驗工作。參與該工作的還有西工大陸佳南碩士生、胡博博士生、吳習徽碩士生和北卡羅來納大學夏洛特分校魏秋明教授。
不可能的任務 | 五天內完成靜態和動態橋梁負載測試
項目介紹
由捷克SHP公司負責的測試項目，對橫跨在尼特拉河上的橋梁進行靜態和動態負載測試，時間只有五天。這意味著兩組工程師需要每天工作24小時，SHP在測試完成后第二天即提供測試分析報告。
這個“不可能完成的任務”的成功，秘密在于: 使用 HBM QuantumX 數據采集系統進行測量。
高速公路是一個國家成功的基礎，捷克共和國一直在加大國家的基礎建設，自1989年以來，高速公路網里程翻番，增加了超過1,000 公里。但是在高速公里高速擴張的同時，捷克政府希望降低建設費用和建設周期，并達到相關的的安全標準。橋梁的動態和靜態測試是安全的前提條件。
捷克 SHP 公司負責對橋梁進行安全測試，為安全提供保障。SHP成立于1991年，位于Brno，為安全提供各種測試和服務，包括橋梁的動態和靜態測試以及進行長期監控。2011 年成立了自己的現代化實驗室，并采用了HBM測試技術。
2011年，SHP對從Nitra到Banska Bystrica的R1高速公路橋梁進行監控，對高速公路的24座橋梁進行功能性和安全監控。其中，橫跨Nitra河三座橋梁的監控是一個非常大的挑戰，因為只有不到兩個月的時間來完成橋梁結構承載測試，5天內完成負載測試。這是一個非常大的挑戰，因為其中四天半需要完成靜態測試，剩下的半天進行動態測試。為完成任務，兩個 SHP 團隊 24小時工作，并在完成測試的第二天提供了負載的分析報告。
在橋下進行安裝
成功的秘密：HBM測試技術
在短時間完成測試的關鍵來自于測試和測量設備。因此, SHP 選擇了 HBM非常靈活且緊湊的 QuantumX MX840 放大器和位移傳感器用于靜態測試，位移傳感器安裝在橋梁上。
展開 網絡研討會 | 5月21日動態電功率測試技術
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會議內容
隨著電力電子技術及高速開關器件的進步，電動汽車、機器人等高動態應用對非穩態功率分析的需求日益顯著。傳統功率測試方法基于基頻周期的固定時長平均，存在高延遲（需等待完整周期完成），無法捕捉瞬態過程（如電機啟動、負載突變），且效率MAP圖測試耗時過長。本次講演將介紹兩種動態功率測量方案：
基于基頻周期數（周期時長可變）平均，利用DSP數字算法檢測信號周期，能精準捕捉頻率變化，實現高精度動態功率測量。
基于功率器件開關周期的動態電功率測試方法，實現瞬態功率實時追蹤，縮短測試時間，并支持非穩態能效分析。
這兩種方案在加速測試、效率MAP圖繪制及復雜工況測試中表現卓越，大幅縮短測試時間，提高效率。實際案例表明，HBK eDrive功率分析儀通過一體化測量鏈，同步采集電氣與機械信號，開放算法與實時計算能力，為汽車、航空、工業等領域提供高效、精準的測試解決方案，助力優化電驅動系統設計與研發。
會議時間
2025年5月21日（周三）14:00-15:00
會議對象
電驅動系統動力總成測試工程師， 新能源汽車系統測試工程師，電機電控標定工程師、電機電控測試工程師、電機電控研發及大專院校相關人員。
講師簡介
費用：免費
備注
會議將通過網絡進行，請自備具備上網條件的電腦或手機。
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https://app.ma.scrmtech.com/m/A/N?
展開 立即在線訂閱 | 動態電機功率測量實現電動車的車載測試白皮書
動態電機功率測量實現電動車的車載測試車載測試為工程師提供一種與競爭車型進行比較、校準傳動系統以及驗證產品性能的方法。在新興的電動車市場中，電機和逆變器電力測量對于評估車輛的動力傳動系統越來越有必要。以往，由于速度在不斷變化，車輛狀態是動態、變化的，所以移動式電功率測量很難。但用于測試電機和驅動設備的HBM eDrive的獨特特性使移動式電力測量在真實環境中成為可能。這份資料將探討車載測試、電力測量方面的挑戰以及傳統功率分析儀的限制。
這份資料還將涵蓋eDrive如何實施動態功率測量，以及將基于周期的計算發布至CAN總線，以便與現有的DAQ系統相關聯。這份資料的結尾將提供一系列動態電力測量的示例，可使用eDrive在電動車中測試電機系統。這些測量值展示了如何在車輛加速和減速、滑行和其他情況下評估電機和驅動性能以及測試電機控制技巧。
主要內容：
為什么要在車上測量
測試移動功率和效率的獨特挑戰
是什么使得傳統解決方案變得不可能或不準確
實現更快的連續采樣
動態功率的重要性
信號相關性
動態功率測量示例
車輛加速、車輛動態情況
再生制動
動態控制示例
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