力学性能测试仪

p　　日前，教育部组织以杜善义院士为组长的专家组，对吉林大学承担的国家重大科学仪器设备开发专项“材料微观力学性能测试仪器研制与应用”项目进行了初步验收。吉林大学副校长孙友宏，项目首席科学家、中国科学院院士任露泉，校内相关职能部门负责人以及项目参加单位负责人参加了验收会。会议由教育部科技司基础处副处长王芳展主持。/pcenterimg title="吉林.png" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201705/noimg/c22d6b5c-5632-4a98-a748-e53a66429da0.jpg"//centerp　　孙友宏在致辞中表示，该项目研发的多载荷多物理场环境下材料微观力学性能原位测试仪实现了重大突破，应用前景广泛，为国家战略性新兴产业的发展提供了有力的技术支撑，希望项目组做好后续研发工作，争取产出更多优秀成果。/pp　　会上，任露泉院士、项目技术负责人赵宏伟教授及项目各任务负责人分别进行了工作汇报。专家组对项目进行了质询、现场考查和讨论，一致认为：该项目成功研发了具有我国自主知识产权的多载荷多物理场环境下材料微观力学性能原位测试仪及配套分析处理软件，实现了国际上该类仪器零的突破。研发的仪器在先进钢铁、铝合金、高端装备制造、航空航天等领域得到了示范检测、应用开发与功能扩展 研发的关键技术/仪器得到了实际应用和推广。项目成果为高档数控装备、大飞机、载人航天等国家科技重大专项、国家重点研发计划等国家科技重大需求以及新材料、高端装备制造等战略性新兴产业的发展提供了技术支持。项目圆满完成了任务书规定的各项任务，部分任务超额完成，同意通过初步验收。/pp　　据悉，国家重大科学仪器设备开发专项“材料微观力学性能原位测试仪器研制与应用”项目于2012年获得国家科技部立项批复，任务承担单位包括吉林大学、北京大学、北京工业大学、钢铁研究总院、成都飞机工业(集团)有限责任公司、东北轻合金有限责任公司、中捷机床有限公司、扬州捷迈锻压机械有限公司、国机集团长春机械科学研究院有限公司等单位。/p

&ldquo 把脉&rdquo 极端环境下的材料性能&mdash &mdash 中国建材检验认证集团首席科学家包亦望教授专访　　2000℃的环境下，铁已熔成液体，有人想到变通办法，在铁表面镀一层&ldquo 膜&rdquo &mdash &mdash 可以胜任高达2000℃以上超高温氧化环境的陶瓷材料。但问题接踵而至，现有试验机的夹具和压头材料本身难以承受1500℃以上的超高温氧化极端环境，如何评价材料的可靠性?这个问题曾经难倒了我国科研人员，也包括国际同行。　　如今，问号已经拉直。　　1月9日，在2014年度国家科技奖励大会上，中国建筑材料科学研究总院博导、中国建材检验认证集团(CTC)首席科学家包亦望教授和他的团队凭借&ldquo 结构陶瓷典型应用条件下力学性能测试与评价关键技术及应用&rdquo 捧得国家科技进步二等奖。包亦望在操作超高温极端环境力学测试系统　　缺失的极端环境下材料评价方法　　2003年，包亦望还在中科院金属所做&ldquo 百人计划&rdquo 研究，所里一位研究人员找到他，寻问有没有陶瓷复合构件界面强度的评价方法。这个问题来源于工程实践。　　之所以找到包亦望，不仅因为他是有名的&ldquo 点子王&rdquo ，更重要的是，解决这个世界性难题已经越来越迫切。　　结构陶瓷具有高强耐磨、抗腐蚀、耐高温等许多优异性能，因此被广泛应用于航空航天、机械、石油化工和建筑等高技术领域。　　但陶瓷本身是脆性的，具有&ldquo 宁碎不屈&rdquo 的特点，服役中的陶瓷及构件容易发生突发性灾难事故，故又成为最不安全的材料。　　时隔近30年，1986年的&ldquo 挑战者&rdquo 号航天飞机灾难仍被多次提及，刚起飞73秒，航天飞机发生解体，机上7名机组人员丧命。这次灾难性事故导致美国航天飞机飞行计划被冻结了长达32个月之久。最终调查发现，原因之一是陶瓷隔热瓦与母体界面脱粘后失去隔热能力，导致价值12亿美元的航天飞机被炸成碎片。　　如果能对结构陶瓷力学性能做出准确评价，不仅可以保证构件安全可靠，还能对其失效时间做出预测。　　但由于涂层与基体间难以剥离作为单质材料进行测试，如何评价材料的可靠性是一项国际难题。　　包亦望告诉记者，具体来说，难题体现在四个方面：界面问题：陶瓷复合构件界面强度和不同环境下的服役安全评价；异型件：管状或环形陶瓷构件的力学性能无法参照现有标准和检测技术；陶瓷涂层：热障涂层、耐磨涂层的模量或强度无法直接测试 极端环境：超高温氧化环境下陶瓷性能评价无技术，无标准，无测试设备 构件性能预测：通过表面痕迹和接触响应非破坏性的监测和预测构件可靠性。　　&ldquo 因为评价标准缺失，目前大多采用&lsquo 牺牲层&rsquo 的办法。&rdquo CTC研究中心副主任万德田解释，所谓&ldquo 牺牲层&rdquo ，是指本来只要10毫米的涂层，被加厚到了15&mdash 20毫米，这样虽然安全系数提高了，代价是飞行器重量也提高了，成本随之增加。　　随着航天、航空、航海、化工、冶金等工业的快速发展，准确评价涂层材料力学性能显得越来越紧迫和重要。　　中国工程院院士杜善义曾经说过，超高温试验是一个很复杂的技术问题，每一系统的建立难度都很大，但我国航空航天工业的发展需要建立超高温测试技术。　　&ldquo 雕虫小技&rdquo 解决大难题　　&ldquo 方法非常简单，在外行看来可能就是雕虫小技。&rdquo 但包亦望说，这其中最难的是首先要想到捅破那一层窗户纸的方法，而这得建立在大量分析计算基础上。　　随手翻开一本笔记本，除了看似简单的图示，就是密密麻麻的计算式。　　&ldquo 有时候为了一个小公式，花几个月推导都是正常的。&rdquo 经过长达十多年的研究，包亦望和团队不断试验，反复采集整理数据，发明了一系列评价新技术。　　陶瓷材料难以直接进行拉伸载荷试验，如何测得界面拉伸强度和界面剪切强度?传统的测试方法将试验样品叠加或者拼接，然后在叠加处或拼接处施力，但都无法获得界面拉伸强度。　　&ldquo 十字交叉法&rdquo 提出，将两根矩形截面短棒以十字交叉方式粘接成测试样品，设计专用带槽夹具和圆弧形压头，分别测得界面拉伸强度和界面剪切强度。　　这项技术适用任何固相材料之间的界面强度和疲劳性能评价，并可推广到各种高强粘接剂的强度和耐久性评价，此方法一经推广，受到国内外无机材料检测领域专家的赞赏。　　但新课题又来了。　　不是所有产品的样品都能加工成常规的矩形截面，而这类产品的应用范围又很广，如模拟核爆用石英玻璃管，光纤套管，火箭或导弹的尾喷管，石油化工用防腐内壁管等。　　&ldquo 缺口环法&rdquo 能简单、方便、快捷的评价管状和环状脆性材料的基础力学性能。　　&ldquo 无需特殊的夹具，节省了大量的试验经费和时间。&rdquo 包亦望说。　　&ldquo 相对法&rdquo 则是通过已知或容易测量的材料参数去计算出无法直接测量的未知参数。　　&ldquo 这就好比即使没有秤砣，只要知道一公斤白糖在杆秤的什么位置，就能称出同样质量的其他物质。&rdquo 包亦望说，这解决了陶瓷涂层的基础力学评价问题。此前涂层材料力学性能测试基本上空白，世界各国都在寻求测试技术。　　试验证明该方法简单、准确、可靠达到事半功倍的效果，解决了热障涂层、防腐涂层和耐磨涂层等力学性能测试的空白。　　&ldquo 局部受热同步加载法&rdquo 解决了超高温氧化环境下测试的国际难题。　　&ldquo 痕迹法&rdquo 则有点类似于&ldquo 中医号脉&rdquo ，通过分析试验后样品残余压痕痕迹的形貌和尺寸，推测出几乎全部的材料力学性能。该方法受到国内外专家的高度赞赏，国际评审专家认为&ldquo 这项工作确实是对纳米压痕技术的一个新贡献&rdquo ，并在国际综述文献里被称为&ldquo BWZ method&rdquo (其中B指包亦望)。　　主导制定国际标准提高话语权　　建立方法、发明技术，包亦望和团队不满足于此，近年来一直致力于将技术转化为国家标准和国际标准。　　&ldquo 国际标准的形成过程是一个博弈过程，体现了技术、产业乃至国家的综合影响力和话语权，是市场的竞争源头，为此国际上对标准的竞争极为激烈。&rdquo 包亦望印象深刻的是将&ldquo 相对法&rdquo 形成国际标准中的波折。　　2007年，包亦望将发明的&ldquo 相对法&rdquo 在国际刊物发表，受到国际同行的高度认可，实验证明该方法简单、准确、可靠。此前虽然国内外有用纳米压痕技术来评价陶瓷涂层的弹性模量，但反映的仅仅是局部甚至某晶粒的性能，只对理想均匀致密材料有效，而且设备昂贵，尚不能测量涂层的强度。　　2013年，ISO组织向全世界征求陶瓷涂层测试技术时, &ldquo 相对法&rdquo 评价技术与日本提出的类似国际标准草案形成竞争，最后交由ISO顾问Peter(皮特)先生仲裁，由于相对法具有原创性，适用范围更广泛，最后被成功立项。　　利用自主知识产权转化成的国际、国内及行业标准，已被用于1000多家陶瓷企业和军工企业的相关产品各项力学性能检测与分析，经济效益数亿元。　　包亦望认为，标准的社会效益意义更重大。大量性能检测方面的标准技术的制定，对于促进工程陶瓷和玻璃行业健康发展、无机非金属材料力学性能的学科发展、切实保障老百姓生命财产安全方面具有重要意义。　　2007年，包亦望向ISO组织提交的以&ldquo 十字交叉法&rdquo 技术为基础的国际标准获得一致通过，在此前的陈述环节中，他提出的创新性、实用性受到高度关注，与会的六七个国家代表找到包亦望，反映该标准简洁明了，并找他要PPT，提出在自己的国家先用。　　不将技术装在口袋里　　让科技成果落地开花，而不是将技术装在口袋里。　　有别于大多数科研工作者，包亦望不仅建立了很多创新的理论，还能将抽象的理论转化为可操作的方法与技术，并通过仪器设备这种载体来实现，反过来，自主研发的科学仪器设备又成为产生新观点的重要工具。　　在中国建筑材料科学研究总院的实验室里，庞大的超高温极端环境力学测试系统塞满了约40平米的屋子。　　&ldquo 该系统是国际上唯一针对陶瓷、复合材料的超高温力学性能测试仪器，温度最高可达2200℃，已经为多家合作单位进行了材料的超高温测试试验，解决了材料的超高温力学性能评价技术难题。&rdquo 万德田言语间透出自豪，他告诉记者，以近地空间用超高声速飞行器为例，该系统可为飞行器所用特种材料的服役安全和结构设计提供重要技术支撑，此外还有助于低成本选材。　　超高温氧化耦合极端环境下，航天、航空飞行器的外围材料，如发动机和喷火管等处材料的安全性性能评价和设计至关重要。现有试验机的夹具和压头材料本身难以承受1500℃以上的超高温极端环境，这样使得材料的力学性能试验样品无法测试。该系统就是包亦望和团队运用&ldquo 局部受热同步加载法&rdquo 生产出来的。　　包亦望教授率领他的团队不断攻克难题，从理论到技术、从实验到装置，发明了一套评价材料在极端超高温氧化环境下的力学性能测试方法与评价技术，开发了国际上首台&ldquo 材料超高温力学性能测试系统&rdquo ，并获得863计划和首批国家重大科学仪器设备开发专项的支持。　　这些年，包亦望和团队将取得的理论成果和新方法、新技术转化为一系列有特色的仪器设备，包括常温和高温固体材料弹性模量测试仪、安全玻璃冲击失效检测仪、多功能零能耗钢化玻璃检测器、钢化玻璃表面平整度测试仪、钢化玻璃缺陷和自爆风险检测仪、硬脆材料性能检测仪、幕墙松动脱落风险测试仪等，这些仪器设备有的已经进入国内多所高校和科研机构的实验室，成为科研工作者探索科学的有力工具。

p　　回顾历史长河，人类文明发展的每一脚步里都刻着材料的痕迹，而材料性能测试作为人们选取材料的衡量标准，自是有着非常重要的作用。时至今日，伴随着材料学、近代物理学、微电子学、计算机技术等的飞速发展，材料测试系统无不体现着数字化、智能化的色彩。/pp　　但你可知道曾经的曾经，材料测试设备是什么样子的？今天，带你追溯一下材料力学性能测试的发展史。/pp style="text-align: center "span style="color: rgb(255, 0, 0) "strong材料力学性能测试发展史/strong/span/pp　　span style="color: rgb(255, 0, 0) "strong1638年/strong/span大物理学家伽利略用施加净重的方法测量木头、金属的弯曲强度，是有记录人类第一次用严谨的试验方法计算材料的力学性能。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201703/insimg/87623ddd-7584-4f85-b03c-53f586fced7e.jpg" title="1.jpg"//pp style="text-align: center "strong伽利略弯曲测试装置/strong/pp　　span style="color: rgb(255, 0, 0) "strong1729年/strong/spanMusschenbroek发明第一台材料试验机，它是根据杠杆原理制成的，形状很像一台大秤。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201703/insimg/4b3400ae-4363-4977-bcbf-71733ea3400f.jpg" title="2.jpg"//pp style="text-align: center "strong第一台材料试验机/strong/pp　　span style="color: rgb(255, 0, 0) "strong1856年/strong/spanFairbairn发明第一台高温力学性能测试装置。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201703/insimg/ea9d6b4f-f740-45d0-bee7-2ace88f98638.jpg" title="3.jpg"//pp style="text-align: center "strong第一台高温力学性能测试装置/strong/pp　　span style="color: rgb(255, 0, 0) "strong1880年/strong/span，英国生产出杠杆重锤式材料试验机，其原理也就是采用砝码加载的形式。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201703/insimg/0aa6e074-69c5-43fe-8deb-01bd5f3bf137.jpg" title="4.jpg"//pp style="text-align: center "strong19世纪80年代力学试验机/strong/pp　　早期瑞士AMSLER公司制造的液压拉力万能材料试验机结构非常简单，框架结构内有一对拉力夹持钳口，利用液压油缸人力加载，压力表显示试验力读数，至今这种试验机仍在生产和使用。　/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201703/insimg/3e783b68-242c-476b-b13a-c1a28b12efc8.jpg" title="5.jpg"//pp style="text-align: center "strong早期油压试验机/strong/pp　　strongspan style="color: rgb(255, 0, 0) "1908年/span/strong又生产出螺母、螺杆加载的万能试验机，这个也就是现在电子万能试验机的雏形。在这些试验机上可进行拉伸、压缩、弯曲、剪切等试验。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201703/insimg/f9c24c41-ce6b-48e5-8301-c91b62c46f09.jpg" title="6.jpg"//pp style="text-align: center "strong第1台位移闭环控制电子万能材料试验机/strong/pp　　span style="color: rgb(255, 0, 0) "strong1943年，/strong/span由英斯特朗研制出第1台位移闭环控制电子万能材料试验机。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201703/insimg/44fb55ec-c2b7-48a2-8d15-4517e5da383d.jpg" title="7.jpg"//pp style="text-align: center "span style="color: rgb(0, 0, 0) "strong第一代万能材料试验机的实时记录和数据输出装置/strong/span/pp　　span style="color: rgb(255, 0, 0) "strong20世纪50年代/strong/span，出现了电子式材料试验机，由于它具有许多优点，颇受人们重视。到现在，电子计算机技术已成熟地应用到万能材料试验机中，也是我们现在最常见的材料力学试验机。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201703/insimg/dc7c8536-400b-4a58-ad91-d1ac622a0bd5.jpg" title="8.png"//pp style="text-align: center "strong液压和电子机械融合的试验装置/strong/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201703/insimg/50c0d3d3-44ad-471d-9bb2-fc383fe97b72.jpg" title="9.jpg"//pp style="text-align: center "strong电子万能材料试验机(附台式PC端)/strong/pp　　这个万能材料试验机设备应该大家都最熟悉的了，是目前应用最普遍的力学性能测试仪器。/pp style="text-align: center"img style="width: 600px height: 426px " src="http://img1.17img.cn/17img/images/201703/insimg/b018da3a-7e73-44e0-936b-5050064723f9.jpg" title="10.jpg" height="426" hspace="0" border="0" vspace="0" width="600"//pp style="text-align: center "strong电子万能材料试验机/strong/pp　　到了物联网飞速发展的大数据时代，智能设备已渗透到我们生活的每个角落。以智能制造为核心的工业4.0革命引领的材料力学性能测试又是什么样的呢?他应该是这个样子的~~/pp　　span style="color: rgb(255, 0, 0) "NO 1 触控测试/span/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201703/insimg/ff0c43b4-edbe-4784-b70e-5f561cb081a7.jpg" title="1.gif"//pp　　触控测试系统替代传统的台式PC端，提供高效、便捷的测试环境。/pp　　同时，全触摸环境为软件开发人员提供模块化、可扩展和易于改进的空间，使得开发人员能够更进一步改善使用者的用户界面。/pp　　span style="color: rgb(255, 0, 0) "NO 2 人机协同，便利操作/span/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201703/insimg/9dd54f53-9533-47b2-a19f-5c1db82d3c74.jpg" title="2.gif"//pp　　即工业4.0时代的符合工位人体工程学。测试系统现可通过操作员控制面板操作，并可非常便捷地安装在测试机架的一侧，采用全面人机工程学设计，大幅提升测试效率。/pp　　让整个测试操作更加高效、便捷。软件工作流程设定更加人性化，减少重复操作引起的效率低下 工作场所的布局更加合理，以最小化重复性和疲劳性操作带来的损害，工作体验变得愉悦。/pp style="text-align: left "　　span style="color: rgb(255, 0, 0) "NO 3 互联网连接平台/span/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201703/insimg/4d025ea5-ce81-49c7-9664-fb68444aa1c2.jpg" title="3.gif"//pp style="text-align: left "　　遇到问题时，用户可以直接通过用户界面安全地向技术支持人员提出问题。创新型的技术支持平台帮助用户以最快的速度恢复测试。/pp　　同时，智能链接平台还帮助用户跟踪系统标定和软件版本。设置新验证或更新为最新版软件只需轻触屏幕进行操作即可。/pp　　总之，随着制造业向数字化、网络化和智能化转型，材料测试系统不断以用户体验为中重心进行更新迭代。畅想未来，材料人的测试之旅也将变成不可思议的愉悦的体验。/pscript src="https://p.bokecc.com/player?vid=F67D6741D0B19ED99C33DC5901307461&siteid=D9180EE599D5BD46&autoStart=false&width=600&height=490&playerid=621F7722C6B7BD4E&playertype=1" type="text/javascript"/scriptp i(本文转自于新材料在线公众微信)/ibr//p