光栅应变弯曲疲劳测试仪

随着物质生活水平的提高和生活方式的改变心血管疾病发病率越来越高，由于心血管狭窄引起的冠心病已经成为危及人们健康的主要疾病之一。目前,冠心病的治疗分为药物治疗、外科手术和介入治疗三大类.药物治疗周期长、见效慢、副作用大，患者容易产生对药物的依赖性 外科手术会对病人产生伤害:介入性治疗方法因其微创伤和高效性,成为目前治疗心血管狭窄的新型方法。 目前,国内外医用支架研究主要集中的方面包括:应用新工艺、新思想的医用支架的设计、加工 医用支架及其制造材料的生物相容性研究 医用支架的应力、应变、位移等力学测试研究 医用支架在体内的成像技术研究 医用支架工作过程中的生物力学分析等方面。 血管支架的安全性和有效性的评价指标包括支架的表面覆盖率、支架的轴向短缩率、支架的弯曲旋转和轴向压缩疲劳、支架推送性能、回撤性能、柔顺性以及弯曲性能等，由于血管支架植人到中年人的血管后要经受1.5~2千万次搏动性刺激、弯曲旋转、轴向压缩等不同形式的外力作用，血管支架的机械性能也需要延续时间很长地暴露在一定的环境中进行实验，并通过一定的测试数据回顾来观察支架植人到血管内的变化"血管支架植人人体血管后，受到的不仅仅是血管脉动的压力，还有扭转、弯曲、拉伸和压缩等多向的受力，在径向力方面，不仅会受到来自靶病变血管和斑块的径向挤压，还会承受支架内外血压、组织及体液的压力。在轴向上，血管自身的迂曲结构，会使血管支架产生弯曲、扭转变形，血管支架需具备足够的柔顺性，保证血管支架植人人体后有更好的贴壁性，并且不会对血管壁造成损伤。而支架的物理力学性能则保证了血管支架使用中的有效性，是决定临床使用效果的关键因素。物理力学性能涉及的指标较多，而且各性能间互相影响，选择其中较为重要的性能指标进行实验研究，便于了解血管支架的差异性，完善检测方法，从而更好地评价血管支架的产品性能。凯尔测控试验系统（天津）有限公司设计开发的一款血管支架疲劳试验系统可以通过模拟生理应变脉动环境来检测血管内植入物的疲劳特性，可检测物包括支架、补片和滤器等。模拟血管可满足多数量多样本的测试、双音圈电机对称加载，动态性能优秀试验系统运行稳定可满足更高测试频率和亿万周期*运行激光测量系统可对径向应变进行直接测量详细介绍血管支架疲劳试验系统◇ 通过模拟生理脉动环境，实现对模拟血管和支架的径向应变控制，满足多周期高频率疲劳测试需求；◇ 最多支持6样品工位同时测试，可定制连接器以适配多种管径；◇ 试验系统运行稳定，无需长期值守，配有漏水报警停机功能；◇ 双音圈电机对称加载，动态性能优秀，相位自动调整，防止植入物偏移；◇ 激光测量系统可实时采集高精度径向应变数据并记录，软件内嵌数学计算功能可自动计算实时内径； 系统组成：闭环运动控制系统、脉动压力反馈耦合控制系统、径向应变反馈耦合控制系统、温控系统，可模拟体内环境下的血管的 径向扩张与收缩。 参考标准：YY/T 0808-2010 血管支架体外脉动耐久性标准测试方法ASTM F2477-07 血管支架体外搏动耐久性测试的标准试验方法血管支架疲劳试验系统技术参数：模拟血管数量 ≤6根 血管直径范围 2-50mm 血管长度范围 140-320mm 最大径向应变 ≥5% 径向应变分辨率 ≤0.1%FS 最大测试频率 100Hz 工作压力范围 0-300mmHg 工作压力分辨率 ≤0.1%FS 温控范围 37±2℃ 控制方式 径向应变控制、压力控制 作动形式 双电机对称加载，防止支架漂移 主机重量 约70kg 外形尺寸 约1500*300*600(mm)

导读试验机行业是一个传统而又新型的行业。随着新材料的应用和新技术的发展，更高的质量要求带动市场对试验机提出更精确和更高性能的要求，从而获得更加真实、科学的试验数据，为技术发展夯实基础。力试科仪（LSI）专注力学试验仪器设备的研发、制造、销售和服务。其中，研发是试验机的核心和源头，高端试验机的研发，离不开与时俱进的核心技术。公司自创办以来，自主创新研发了多个主打高端产品，电子万能材料试验机、电液伺服疲劳试验机、多轴协调加载系统和各类专用试验机。这次，我们先来聊一聊电液伺服疲劳试验机的核心技术。力试电液伺服疲劳试验机可用于各类材料的力学性能测试，例如低周疲劳、高周疲劳、裂纹扩展、断裂韧性等常规力学测试，同时也可以集成高低温、湿度、腐蚀环境箱进行复杂环境的耦合试验。这么一个可广泛用于航空航天、汽车、船舰、军工、冶金、建材、科研院校、质量检测等领域的“全能”产品，它的核心技术可分为三点进行阐述（试验机机械结构设计、测量控制系统、软件）。一、试验机机械结构设计1) 加载系统的同轴度在试验中，不同轴的情况会导致试样在拉伸试验中产生弯曲，会对试样造成“提前破坏”，弹性模量也会产生较大的偏差。我们通过不断地迭代创新，设计了对中系统调节环，它用于高精度夹具，圆试样和扁平试样的高同轴度夹持，配套系统对中套件，可以非常直观地对试样夹持前后左右以及角度方向实现六自由度的精确调整。配合标准同轴度测量试样，应变采集系统和分析软件，可以极大地改善试验加载的同轴度。2) 伺服液压缸伺服液压缸是疲劳试验机的核心部件，可直接影响到试验的准确性、可重复性和效率。力试应用独创的先进密封技术，专业的高端加工工艺，经过大量的对比试验来选择制造材料，对精度的要求极高。每个伺服液压缸的零件无一不经过严格的质检，确保装配到每台试验机上的伺服液压缸达到力试的质量要求。先进的密封技术赋予伺服液压缸极低的摩擦力和超长的寿命，在100Hz的高频下保证具有满足高端试验的精度和可靠性，并且能够实现拉压过零试验的完美控制。3) 油源液压秉承安全、高效运行的原则，融入节能、环保的现代设计理念。HPS-HE系列油源为全新一代静音液压动力系统，为实验室内液压驱动设备高效提供动能的同时，让用户尽享安静、清洁的空间。大流量液压站采用多泵组并联设计，根据需要启用一组或者几组油泵，极大的节约了能源，并有效减少了占地空间。主要特点有：a. 具有“零压”启动、高\低压切换功能；b. 恒压变量系统，保证系统压力的同时，最大化节能；c. 全密闭式结构，良好的隔音、绝热、环保效果；d. 外部无任何泄漏，避免灰尘、油液混合成垢；e. 内部优化布局，介质温度保持均匀；f. 有效的通风设置，保证良好通风、通气效果；g. 液晶操控面板，易于参数设置、监控；h. 可进行远程、本机操控；i. 可供多台设备运行，且具有先开后关功能。二、测量控制系统1) 控制器控制器是试验机设备的核心部件，一方面它在上位机软件的指挥下实现对试验设备的动作控制；另一方面它实时采集试验过程中试样上产生的力、形变，以及其它可能发生的物理量变化，在系统内都能根据控制算法将采集到的物理量变化又反馈到控制上。控制器关键性能：a. 系统频率：控制器的系统频率作为控制系统的关键指标，它决定控制器的闭环控制能力，系统频率越高意味着可以执行反馈控制的能力越强，可以支持试验机设备的动作越快，控制精度也越高。b. 采样频率：指控制器在每个时间片有效的采样数，对于大多数控制器而言，采样频率与系统频率一致，运行速度越高的试验需要控制器的采样频率越高，才可保障在短时间试验过程中有足够的力、变形、位移等的采样数据。c. 试验频率：试验频率是指设备用于疲劳试验时，每秒可支持的循环次数，它由多方面的因素决定（包括设备可支持的最大移动速度、加速度以及过零点时的平稳切换能力等因素有关），控制器可支持的试验频率则是最重要环节。d. A/D分辨率：是指控制采集系统模数转换能力，常见的A/D芯片有24位、20位、16位等，不同的A/D芯片能力不同，可提供的分辨率存在差异。e. 曲线吻合度：控制能够按预定的轨迹函数执行，控制器的控制算法起到关键作用。f. 稳定性：对于疲劳试验或长时间蠕变、松弛等试验，很多试验时间以月为单位，系统的稳定性十分关键。2) 力值测量系统力值测量系统是试验机不可或缺的测量部分，几乎所有类型的静态和动态材料物理性能测试设备，都离不开对力值的测量。无论是拉伸、压缩、冲击、剪切、剥离、疲劳还是断裂力学试验，力值都是最重要的测量指标。常见的力传感器有应变式、压力式、压电式以及加速度计等类型。力值测量系统关键指标：a. 零点漂移：是指在传感器静置状态下，发生的力值变化，一般而言，变化范围越小，说明传感器越稳定或环境干扰越小，但静止不变时，也有可能是传感器系统的灵敏度不够或A/D分辨率高导致。b. 温度漂移：是指传感器在环境温度变化情况发生的力值偏移。c. 非线性度：在传感器的量程范围内，线性好坏常用非线性度指标，非线性度值越低，说明线性越好。d. 特殊的，疲劳试验机的测力传感器一直处于高频交变的工作状态，弹性体相关的迟滞性、蠕变特性等和普通的静态测力传感器有很大的区别，一般疲劳机的力传感器在这些方面的指标远优于常规的载荷传感器。3) 变形测量系统变形测量系统是试验机常用的测量部件，它一般用于测量试样标距内的变形、弯曲扰度、裂纹开口宽度变化、压缩高度变化以及冲击产生的变形等。a. 变形测量系统按照是否接触试样，可分为接触式引伸计和非接触引伸计。常用的接触式变形测量装置包括：电子引伸计、全自动引伸计、千分表、扰度计、电容感应式引伸计、电磁感应式引伸计等.常用的非接触式变形测量装置包括：视频引伸计、激光位移计、红外位移计等。非接触式引伸计具有对试样无损伤测量的特点，对于软材料、复杂环境、大变形测量方面有不可替代的优势。b. 变形测量系统按照温度适用范围又可分为；常温引伸计、低温引伸计和高温引伸计等。变形测量系统关键指标与力传感器的关键指标基本相似。c. 应变疲劳对引伸计有更高的要求，需要更高的分辨率和响应频率。特别是高温应变疲劳引伸计，具有很高的技术难度。4) 位移测量系统与力传感器测量系统和变形测量系统稍有不同，位移测量系统一般是伴随机器提供，它主要用以捕获设备横梁或作动器的移动变化，是设备实现精准移动控制的重要测量部件。位移计常见有用于间接测量的固定在电机轴上的旋转编码器和直接用于测量横梁或作动器运动的LVDT、光栅尺、拉线编码器、磁滞伸缩计等。电子万能试验机一般采用旋转编码器，实现横梁位移的间接测量，位移的分辨率是通过编码器的线数、丝杆螺距、减速比等参数间接计算获得；而液压机和大多数的疲劳试验机则多以直接测量为主，位移的分辨率直接体现在位移传感器上。无论是间接测量还是直接间接，由于受到试验机机架、力传感器连接部件和试样夹具等部分的柔度影响，往往作用到试样上的变形，不能简单等同于位移测量值，两者之间实质上存在较大偏差。三、DynamicExpert试验软件力试自主知识产权多用途动态测试软件DynamicExpert ，是款易上手却不失专业性的试验软件。它具有简单直观的方案编辑界面、灵活方便的曲线调整功能、可配置的实时循环数据运算功能、强大的数据存储功能、丰富的试验波形支持以及快捷的试样保护功能。a. 试验机试验应用技术：先进复合材料试验软件包，低周疲劳试验软件包、裂纹扩展试验包（恒载增K、降K、恒K ）、断裂韧性试验包（KIC、CTOD、J1C试验、阻力曲线）、谱载试验软件包、弹性体试验软件包等；特别是裂纹扩展实时自动降K 、 弹性体动刚度、弹性刚度、阻尼刚度、损耗角、能量、阻尼系数的核心算法跟多个权威客户家进行了多次数据对比验证。b. 软件的高密度据数据存储技术：力试的疲劳试验软件实现了高达10^8寿命试验数据全部通道数据高密度数据存储、数据检索查询功能，并且正在申请自主知识产权。c. 实时数据处理技术：循环载荷峰谷值、动态模量、塑性应变、弹性应变、刚度、损耗角等实时数据高性能运算处理。d. 在软件的稳定性、可靠性、扩展性定制、软件的开放性、可升级性等方便；力试的软件经过了多家客户的耐久测试，在多个客户现场经历过3000小时以上，系统不重启、软件不卡、不出异常的考验。e. 软件控制方面：已经实现了相位自动调整、加载起点终点同步协调控制功能；试样保护模块有效了解决了夹持载荷过大的问题。 结语力试深知，试验机的核心技术便是企业的核心技术。我国试验机产业要想取得良性发展，必须注重技术创新，牢牢掌握核心关键技术。正如文章导读所说，新材料技术的应用和技术在不断发展，这也表明试验机行业绝不能停滞不前。力试重视技术人才的引进和培养，提高企业专利意识，加强与高校、企业的交流合作。近两年的基础研发投入（R&D）为7.87%、10.95%，比肩发达国家的企业基础研发投入，取得多项成就，在国产试验机行业中大放光彩。我们会继续秉承自主创新精神，加强交流合作、开拓视野，在关键领域、卡脖子的地方下大功夫，集合精锐力量取得更大的突破。本文作者：力试科仪

作者：郝晓明 来源：科技日报疲劳失效是工程构件长期可靠服役所面临的重要问题。为了评价工程构件及各种材料的疲劳可靠性，往往采用足够数量的疲劳试样进行大量长时疲劳测试，这种既耗时又耗材的疲劳测试方法在工业界和实验室已使用了近百年。如何建立高通量即一次性对多个样本进行检测的疲劳测试方法与表征技术，实现低成本、快速评估材料疲劳可靠性是一个有待解决的关键问题。近日，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心张广平研究员团队在前期小尺度材料疲劳行为研究的基础上，与东北大学材料科学与工程学院张滨教授团队合作，提出了一种材料疲劳性能高通量、快速评价的思想，设计并建立了一种能够同时对多个小微试样进行对称弯曲疲劳加载的测试系统，并在其上对核电、高铁、汽车等领域用的几种典型工程材料进行了高通量疲劳测试，通过对比和计算模拟进行了验证，建立了材料疲劳性能的高通量测试技术和方法。据介绍，该技术既可模拟标准规定的疲劳极限升降法快速获得材料的疲劳极限，也可一次性获得应力幅或应变幅与疲劳寿命之间的曲线；在一周内快速获得材料的疲劳数据，耗时仅为采用前述标准测试方法的1/4；基于经典的Tanaka-Mura模型，科研团队建立了该测试技术所获得的材料疲劳极限与标准试样疲劳极限间转换因子的理论预测模型。此外，利用该技术分别对经不同温度长时热暴露和经γ射线辐照的核主泵螺栓用F316不锈钢的疲劳性能进行了评价，证明了该方法在工程实际的适用性，为先进材料的疲劳性能快速评价提供了新策略。该高通量疲劳性能测试系统、技术与原理的建立，不仅为核电等在役关键工程构件疲劳性能测试提供了一种低成本、高效快速的新方法，且为增材制造复杂形性构件、材料表面涂层、腐蚀层和改性层、焊缝区以及材料结构单元和应力、应变集中区域等微小区域的本征疲劳性能评价提供了有效的评价策略，为在役工程构件疲劳可靠性“体检”提供新思路。同时，这一高通量疲劳性能测试方法和评价技术有望进一步推动材料、构件疲劳性能数据库的高效建立和物理模型-数据融合驱动的工程构件疲劳寿命的快速预测。