結構力學測試的案例
MTS 材料試驗專業委員會第三屆青年委員學術會議暨材料與結構之力學測試論壇會議紀要
中國力學學會MTS 材料試驗專業委員會已連續成功舉辦了3屆青年學術會議，為從事材料與結構測試相關研究領域的青年才俊提供了良好的交流平臺，加深了青年委員之間的聯系，今后青年學術會議每年將舉辦1至2次。
哥廷根大學張凱教授課題組《Small》：兼具可調結構色和力學性能的三維中空結構材料
然而，這些技術通常僅限于制備1D/2D結構（纖維或薄膜）。雖然已經證明了3D/4D打印可以獲得兼具復雜結構和有序CNC的潛力，但這種具有復雜結構的三維結構通常具有非連續表面，尤其是在垂直方向上。此外，這些技術中的許多參數會影響CNC在三維成型結構中的排列，例如ink的固有流變性/粘度、剪切速率、噴嘴幾何形狀和凝固劑的選擇。另一個關鍵問題是結構體的力學性能，在含有CNC的三維復合材料中，有序排列的CNC如何發揮作用？是否還有其他影響因素？
圖1 含有CNC的類雙曲面3D結構的制備過程。
近日，德國哥廷根大學張凱教授課題組通過“拉伸-松弛-干燥”動態共價水凝膠的方式制備了具有類似雙曲面的中空三維復雜結構（圖1）。這種方法的特點是CNC在里面是有取向的，且曲面具有連續性：基于機械拉伸和空氣干燥過程，動態水凝膠中的CNC可以單軸排列；除了力學增強之外，還提供額外的光學雙折射現象（圖2）；所獲得的類雙曲面結構參數可由原始水凝膠的形態和機械拉伸的條件控制；類雙曲面結構的表面可以通過空氣干燥過程進一步優化，從而獲得光滑、連續和彎曲的表面。更為重要的是，研究發現這種3D形狀結構的機械性能不僅依賴于CNC的有序排列，而且與結構固有的幾何形狀有很大關系（圖3）。這些結果將為設計和制造具有固定形態、力學性能和功能的先進材料提供新的視角。
圖2 類雙曲面3D結構的光學性質。
展開 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 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 
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
（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。【1】
同年，其在典型的十面體準晶Al-Ni-Co（一個方向具備平移對稱性；另一個方向不具備平移對稱性）也觀察到塑性，并且發現各向異性在微納尺度下顯著減小。（【2】Zou et al., Extreme MechanicalLetters (2016)。另外，他們還探索了十面體準晶Al-Ni-Co在高溫下的微納力學性能。
展開 理解結構力學：總結幾何不變體系組成規律 附結構力學教程龍馭球下載
（平行的三根鏈桿也看作會在無窮遠處相交）
下載地址：結構力學教程龍馭球
案例分享｜基于 Altair SimSolid 的大型通用工裝結構力學仿真分析及試驗對標
感謝成都航天模塑有限責任公司孫正峰投稿
工裝設計在制造前，需具備一定的剛強度指標，以滿足結構功能試驗。采用傳統的有限元仿真分析，雖然精度可以保證，但是時間較長，且需具備一定的專業能力。為了提高效率，可以采用 SimSolid 無網格進行仿真分析。
本文采用有限元仿真和 SimSolid 無網格對比分析，最后和試驗進行對標。
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一、背景
隨著產品結構力學性能測試的急劇增加，要求越來越嚴格，應用場景也在不斷更新。為了能滿足測試需求，針對不同測試要求需要設計不同配置的工裝，久而久之，工裝越來越多，成本也越來越高，且安裝操作也較繁瑣。面對有些大載荷工況（載荷≥2500N），公司配備的試驗設備無法滿足，只能委托其他試驗機構進行測試，這樣一來，試驗成本、工裝成本、人力成本等也隨之增加。
基于上述現狀，公司開發設計了一款大型通用工裝，結合公司新配置的設備，針對不同測試要求可選擇性搭配，且可滿足不同位置、不同角度、不同載荷大小（載荷最大可達10000N）的功能性測試。
測試工裝設計好后，在制造之前，需要驗證其剛強度性能，這類復雜工裝的有限元仿真驗證，要求仿真人員具備較專業的網格模型搭建能力，并且存在仿真時間長迭代慢的問題，所以探索了無網格快速仿真軟件，測試無網格結構仿真的精度和效率。
二、數據模型
大型通用工裝尺寸為2410mm×1710mm×1800mm，總重628kg，采用鋁合金和鈑金相結合的方式，如圖1所示：
圖1 大型通用工裝數據模型圖
如圖1所示，灰色部件為鋁合金材料，其余部件均為鈑金材料。
展開 拉力、壓力、彎曲力學測試設備的適用場景
在力學測試設備領域，北京沃華慧通科技有限公司專注于高端力學測試設備的研發、制造與技術服務，產品涵蓋微機控制電子萬能試驗機、電液伺服萬能試驗機、專用壓力試驗機等一系列精密測控設備，廣泛應用于金屬、塑料、橡膠、陶瓷、建材、汽車零部件、航空航天、大專院校及科研院所等多個領域。
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本文采用有限元仿真和 SimSolid 無網格對比分析，最后和試驗進行對標。
SIMULATE AT THE SPEED OF DSIGN
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一、背景
隨著產品結構力學性能測試的急劇增加，要求越來越嚴格，應用場景也在不斷更新。為了能滿足測試需求，針對不同測試要求需要設計不同配置的工裝，久而久之，工裝越來越多，成本也越來越高，且安裝操作也較繁瑣。面對有些大載荷工況（載荷≥2500N），公司配備的試驗設備無法滿足，只能委托其他試驗機構進行測試，這樣一來，試驗成本、工裝成本、人力成本等也隨之增加。
基于上述現狀，公司開發設計了一款大型通用工裝，結合公司新配置的設備，針對不同測試要求可選擇性搭配，且可滿足不同位置、不同角度、不同載荷大小（載荷最大可達10000N）的功能性測試。
測試工裝設計好后，在制造之前，需要驗證其剛強度性能，這類復雜工裝的有限元仿真驗證，要求仿真人員具備較專業的網格模型搭建能力，并且存在仿真時間長迭代慢的問題，所以探索了無網格快速仿真軟件，測試無網格結構仿真的精度和效率。
展開 復合材料扭力測試力學性能研究
而在這些應用場景中，復合材料部件往往需要承受不同程度的扭矩作用，其抗扭力學性能直接關系到整個結構的安全性與可靠性。因此，開展復合材料扭力測試力學性能研究具有至關重要的現實意義。
復合材料扭力測試力學性能研究涵蓋多個方面的關鍵內容。首先是測試方法的選擇與優化。由于復合材料具有各向異性、層間性能差異大等特性，傳統的金屬材料扭力測試方法并不完全適用。研究人員需要針對復合材料的特點，設計合適的試樣形狀與尺寸，比如考慮采用管狀試樣以減少應力集中，同時確定合理的加載速率和測試環境條件，確保測試結果能夠真實反映復合材料在實際工作狀態下的抗扭性能。
力學性能參數的獲取與分析
通過扭力測試，可以獲取復合材料的剪切強度、剪切模量、扭轉屈服強度等關鍵力學參數。這些參數是評估復合材料抗扭能力的重要依據，也是進行結構設計和強度校核的基礎。在測試過程中，需要精確測量扭矩與扭轉角之間的關系，繪制扭矩 - 扭轉角曲線，進而分析復合材料在不同扭矩作用下的變形規律、破壞模式以及能量吸收特性等。例如，觀察復合材料是發生層間剪切破壞、纖維斷裂還是基體開裂等，從而深入了解其抗扭失效機制。
復合材料扭力性能的因素研究
復合材料的扭力性能受到多種因素的影響，包括纖維種類、纖維含量與取向、基體材料性能、鋪層方式以及界面結合強度等。通過系統地改變這些因素，進行對比性扭力測試，可以明確各因素對復合材料抗扭性能的影響程度和規律。比如，研究發現纖維取向與扭矩方向一致時，復合材料的抗扭強度會顯著提高；而界面結合強度不足則容易導致層間剝離，降低其整體抗扭性能。
復合材料在復雜工況下的扭力性能研究
在實際應用中，復合材料部件可能同時受到扭矩、溫度、濕度等多種因素的耦合作用。
展開 連續纖維增強復合材料力學性能測試方法
基于ABAQUS對連續纖維增強復合材料進行仿真時，我們需要獲得纖維板的基礎力學性能參數，一般通過兩種途徑：（1）當不具備實驗測試條件時，可以查閱相關文獻資料，但是常常不能匹配我們使用的特定材料。（2）具備實驗測試條件，一般高校實驗室是配備相關儀器的，這時我們根據相關標準，制作標準樣條，測試纖維板的力學性能。
在ABAQUS中我們常用下圖中所示的面板設置纖維復合材料的彈性參數和強度參數。
無人機力學可靠性試驗的核心價值與測試維度
無人機在飛行過程中需持續承受多種力學作用，起降時的沖擊、氣流中的振動、極端風況下的載荷壓力，都可能導致部件疲勞、結構破損甚至整機失控。力學可靠性試驗的核心價值，在于通過標準化、可復現的測試流程，提前暴露潛在隱患，為產品優化提供數據支撐。
其測試體系主要涵蓋三大核心維度：
結構強度測試：通過振動測試、沖擊測試等方式，驗證機身、螺旋槳、云臺等部件在頻繁起降、氣流顛簸中的抗破損能力，確保關鍵結構在極限工況下不失效。
動力系統耐久性測試：通過啟停循環、長時間負載運行等測試，核驗電機、電池、電調等核心部件的力學耐受度與持續工作能力，避免飛行中動力中斷。
動態適應性測試：模擬陣風、亂流等復雜風場下的力學載荷，測試無人機姿態調整的穩定性與操控響應的精準性，保障不同場景下的飛行安全。
這些測試環節環環相扣，既需模擬常規使用場景的力學環境，也需復刻極端工況的極限載荷，才能全面筑牢無人機的力學可靠性防線。
技術升級驅動試驗體系迭代
傳統無人機力學可靠性試驗多依賴單一設備與自然環境，存在測試精度低、重復性差、場景覆蓋不全面等問題。隨著無人機應用場景的多元化，試驗技術正朝著精準化、智能化、定制化方向升級。
現代試驗體系融合了高精度傳感器、高速數據采集、智能控制系統等技術，實現了測試參數的精準調控與數據的實時分析。例如在振動測試中，可通過編程設定不同頻率、振幅的振動波形，模擬從低空氣流到高空強紊流的全場景力學環境；在沖擊測試中，借助精準控制的沖擊載荷，復刻起降時的瞬時壓力，確保測試結果與實際工況高度契合。這種技術升級讓試驗從 “被動檢測” 轉向 “主動預判”，大幅提升了測試的科學性與參考價值。
力學可靠性試驗的主要試驗內容
振動試驗
無人機在飛行過程中會受到發動機、螺旋槳以及氣流等因素引起的振動。
展開 汽車物理按鍵按壓力測試：力學性能與操作便捷性的權衡
在溫度循環測試中，將按鍵置于 - 40℃至 85℃的環境中交替放置，每次放置后按鍵都應能正常工作，無變形或電路故障。防水防塵測試依據 IP6X/IPX5 標準進行，確保按鍵縫隙能夠抵御灰塵侵入和潑濺水漬，有效防止因灰塵或水漬導致的電路短路問題。
（三）手感反饋測試
手感反饋直接影響用戶的操作體驗。使用壓力傳感器測量按鍵的按壓阻力，理想的阻力范圍為 1.5-3N，豪華車型可將按壓阻力優化至 2-2.5N，以在提供清晰反饋的同時，降低駕駛員長時間操作的疲勞感。此外，還需關注按鍵的行程和回彈力，按鍵行程通常控制在 1.5-2.5mm，回彈力應與按壓阻力相匹配，確保回彈時間≤100ms，避免出現回彈過慢或過快的情況。
三、特殊場景測試
（一）低溫啟動性測試
為驗證按鍵在低溫環境下的工作性能，將按鍵在 - 30℃的環境中放置 12 小時后，進行啟動測試。要求按鍵能夠正常觸發，無結冰或卡滯現象，保證車輛在寒冷地區的正常使用。
（二）振動耐受性測試
模擬車輛行駛過程中的振動環境，對按鍵進行振動測試，振動頻率范圍為 5-500Hz，加速度為 20g。測試后，按鍵內部組件不得出現松動現象，且各項功能保持正常，以確保按鍵在車輛行駛過程中的穩定性。
四、測試工具
1、常用的測試工具包括壓力傳感器，用于精確測量按鍵的按壓阻力。
2、自動化按壓設備，實現對按鍵機械壽命的高效測試。
3、高低溫試驗箱，用于模擬不同的溫度環境。
4、防水防塵測試設備，依據相關標準對按鍵進行防護性能測試。
五、總結
汽車物理按鍵的測試是保障其性能的重要手段，通過功能測試、耐用性與可靠性測試以及特殊場景測試等多個維度的全面檢測，能夠確保物理按鍵在各種工況下穩定工作，為用戶提供良好的操作體驗和安全保障。
展開 直播回顧 | 《材料準靜態力學性能測試及在材料分析中的應用》
高分子基復合材料作為一種新型材料，以其輕量、耐腐蝕及良好的力學性能等而倍受青睞。由于其優良的特性，復合材料的研究和應用得到了極大關注，目前已被廣泛應用于航空航天、電子、汽車及建筑等領域。作為表征材料性能和安全可靠性保證的手段，力學性能試驗方法及其標準化是關系到推進復合材料應用，如新產品開發設計階段通過模流分析進行材料結構設計、模具設計、原料選型等。
模流分析是注塑產品前期分析、模具設計和注塑成型常用的專業分析方法，廣泛應用于汽車、家電、通訊電子、軍工等模具注塑產品領域。
材料在常溫、靜載作用下的宏觀力學性能，是進行模流分析是必須要確定的力學參數。這些力學性能均需用標準試樣在材料試驗機上按照規定的試驗方法和程序測定，進而獲取材料的彈性模量、泊松比等材料性能結果。
上周四的國高材直播間繼續上周的“智能注塑之模流分析系列培訓課程”的第二節培訓課《材料準靜態力學性能測試及在材料分析中的應用》，龐老師向大家從實驗室設備硬件、軟件和實驗室人員技能精進的方法路徑三方面來展開準靜態力學性能培訓。
（部分直播PPT，完整版請至課程回看）
本周四的國高材直播間繼續上周的“智能注塑之模流分析系列培訓課程”的第三節培訓課《材料流變性能測試及在材料分析中的應用》，龐老師將向大家從實驗室設備硬件、軟件和實驗室人員技能精進的方法路徑三方面來展開材料流變性能培訓。
培訓時間：7月8日 17:00
培訓大綱：
1. 流變儀的種類及應用范圍
2. 設備選型及管理方法
3. 測試標準及操作介紹
4. 測試影響因素
5.
展開 【iSolver案例分享44】多螺片螺旋樁的抗拔力學性能測試
【iSolver案例分享44】多螺片螺旋樁的抗拔力學性能測試
1. 模型背景
該模型為3維模型，為海洋巖土工程中螺旋錨(或螺旋樁)的抗拔力學性能測試。螺旋錨在海洋巖土工程中的應用具有極大的前景，例如用于錨固海上風機等。
螺旋錨(Helical Pile)材料為鋼材，彈性模量為215GPa,泊松比為0.28。錨的尺寸為一般海洋巖土工程中的尺寸，桿的長度為7m,桿的直徑為0.5m,螺的直徑為1m,厚度為0.05m。
2. 建模
樁頂部受錨鏈拉拔荷載(100kPa),樁底部和螺片固定
螺旋樁的網格劃分
3. 結果對比
1) 應力
米塞斯應力
iSolver結果：
Abaqus結果：
2) 總應變
iSolver結果：
Abaqus結果：
3) 位移
iSolver結果：
Abaqus結果：
4） 支座反力
iSolver結果：
Abaqus結果：
4. iSolver免費下載
iSolver為免費軟件，且無license限制，最新版免費下載地址如下：
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/337351
5.
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