复合材料切割实验

引 言自进入21世纪以来，科学技术对材料提出了越来越高的要求，碳纤维复合材料（CFRP）因其重量轻、强度高、耐腐蚀性强、弹性优良等特点，广泛应用于航天航空、汽车、电子电器、体育器材等领域，促使碳纤维复合材料行业快速发展。一方面CFRP广泛使用助推产业结构优化升级，实现绿色发展；另一方面CFRP的研究深度和应用广度及其生产发展的速度和规模，已成为衡量一个国家科学技术先进！复合材料的应用场景 CFRP强度评估方法由各种ASTM标准规定。岛津试验机可以根据ASTM各种测试标准做出解决方案，例如符合“平面内剪切试验-双V形切口剪切法（ASTM D5379）的试验示例，以及符合各种标准的夹具。采用双V形切口试样进行平面内剪切试验，得到CFRP的平面内剪切强度、平面内剪切破坏应变和平面内剪切弹性模量。碳纤维复合材料的测试标准碳纤维复合材料（CFRP）目前主要应用于飞机与汽车制造业，其刚性是重要应用参考，岛津试验机可以根据JIS K 7074和JIS K7084标准提供静态三点弯曲试验和高速冲击试验方案，且能获得精确获得试验数据。碳纤维是碳纤维增强塑料（CFRP）的重要组成部分，碳纤维的力学性能（拉伸强度/弹性模量）对复合材料物理性能有重要影响，岛津试验机系统可以对碳纤维及其复合材料进行拉伸试验，也可以配合高速摄像机实现从高时间分辨率的角度研究碳纤维布的破坏过程的可视化观察。使用X射线CT系统可以对试样中纤维的取向和空隙进行无损观察。这使得在进行测试之前能够观察内部状态，从而获得测试结果与内部结构紧密相关的数据。 岛津试验机拥有一百多年的历史和丰富的产品线，不管是静态试验机还是动态试验机，可以满足各种客户的需求，且进行定制化的夹具设计。岛津公司提供了一系列用于分析、测试和检验评估的仪器和系统（从分析和测试预处理到数据分析），从而有助于解决从CFRP原材料开发到产品耐久性评估各个阶段的各种问题，为营造和谐绿色的发展做出贡献。

有机无机复合材料国家重点实验室揭牌仪式近日在京举行。本实验室依托四大实验室进行组建。它们分别是纳米材料先进制备技术与应用科学教育部重点实验室、北京市新型高分子材料制备与加工重点实验室、北京市生物加工过程重点实验室和教育部超重力工程研究中心等实验室。 　　本实验室充分利用了北京化工大学在材料、化工和机械三个一级学科专业方向完整、研究实力雄厚的优势，通过材料、化工、机械、生物等学科间的交叉、渗透和整合以及多年的良性发展，针对有机无机复合材料领域中的重大主题，确立了五个特色研究方向：基础相材料及复合材料模拟与设计 无机相/有机相材料制备基础 树脂基功能纳米复合材料 弹性体基纳米复合材料 碳纤维复合材料。 　　实验室现有面积6919平方米，5万元以上仪器设备238台件，固定资产原值8270万元，仪器装备水平在材料科学与工程领域属国内一流，并拥有一支学术水平较高、创新能力强的研究队伍，基本满足了国家重点实验室的建设要求。来源科技网

外骨骼是一种包裹身体的刚性结构，通常用来辅助关节运动。这种“外服”试图像人造肌肉一样，帮助穿着者的肌肉收缩和伸展。 最早的机器人外骨骼的开发可以追溯到1965年左右，当时通用电气公司开发了哈迪曼（Hardiman），这是一种大型全身外骨骼，该项目由美国军方投资，设计方案类似于今天的机械外骨骼。军方的目的是让穿戴者拥有超人一样的力量。哈迪曼拥有28个关节和两个抓取臂，由复杂的液压和电子系统驱动。实验中，穿戴者曾成功举起过1500磅的重物。不过遗憾的是，限于当时的技术条件，哈迪曼自己也臃肿不堪，自重达1500磅。如此重量的外骨骼自然难以操控，稳定性不佳，体重带来的另一个问题是能源不足。结果哈迪曼没能走出实验室。 而同一时期，1969年，前南斯拉夫的米哈伊洛普平研究所（Mihajlo Pupin Institute），也做了动力外骨骼研究工作，目的是为了帮助下肢瘫痪患者实现部分运动功能，他们在全世界第一个提出了步态运动系统（legged locomotion systems）的概念。当代研究 人类一直没有停止对外骨骼的研究。继续向前迈进，我们关注到来自英国普雷斯顿市中央兰开夏大学（UCLAN）机械工程高级讲师Matt Dickinson博士。Matt博士在大学新建的工程创新中心工作，主要研究概念设计，特别侧重于复合材料通过3D打印技术的应用。 马特说：“老实说，如果你三年前告诉我，我们即将开发世界领先的外骨骼技术，我会质疑你的理智，但现在我们确实做到了。” “这一切都要归功于2019年赢得地区初级工程师比赛的一名当地青少年。幸运的是，我当时负责评估每一个参赛项目，而有一个项目立即触动了我，他提到为什么没有给患有肌肉疾病的儿童穿的特殊套装或外骨骼来帮助小朋友进行活动。我的第一直觉是，市场上肯定已经有这样的设备，但我发现我错了！” 欠缺开发的原因纯粹是设计。例如，你如何制作一套能随主人“生长”的衣服，既轻便又实用，而且成本低，以至于所有人都能穿？ “作为一名机械工程师，我的第一个想法是用铝制作这套外穿装置，回过头来看，这完全是不可行的，而且制作成本非常昂贵。” 所需的材料必须是轻量的和容易获得的，但也必须是负担得起的。简而言之，如果没有人能够真正维护它，或者如果低收入家庭负担不起它，那么这项技术将是不可行的。 “外穿装置的结构被称为被动设计系统，这意味着它是整个装置的一部分，起着收缩点的作用，就像肌肉一样，但也是一个被动的外骨骼，分配力量和载荷。” “基于这个想法，我们试图将这各种技术结合起来，以构建一种混合系统，该系统将支持人体架构，并有助于肌肉的收缩和伸展，这也帮助我们开发出了现在的这一套新的驱动方法。” “我最初认为有可能支持这一设计的材料是聚乳酸（PLA）。在当时，还没有人测试这种材料是否能够支撑人体，但结果很快表明我们确实发现了一种非常特殊的东西。” 设计的第一次迭代证明了复合材料的适用性，尽管还需要解决材料对紫外线的反应问题以及人体皮肤中乳酸对材料的潜在浸渍问题。 “皮肤有时会激活材料中的乳酸，这会导致细菌的形成，最终破坏其结构完整性。于是我们加入了一种嵌入铜纳米颗粒的材料，它在人体汗液和复合材料之间形成了一道屏障——如果你愿意，这会是一种完美的抗菌剂，”马特说。 该项目还在探索短切碳PET的使用。复合材料提供了额外的强度，它将被用来作为外穿装置的支撑结构的核心，包裹在聚乳酸和碳纤维中。 “基本上，和所有研发一样，事情都在不断发展。这些是我们目前正在开发的材料，但我们仍在不断寻求开发新的复合材料，看看是否比当前的更适合。”马特继续说道。困局突破 “但这个情况下，我们的研发也碰到了困境，除非我们更好地了解这些材料的机械性能，也正好在这个时候，我们遇到了Tinius Olsen。” 光学引伸计、传感器以及非常强大的Horizon测试软件。公司的技术人员也在现场，根据研发的需要提供建议和指导。 然而，这次合作，还不仅仅是关于机械和测试建议。通过Tinius Olsen，Matt被介绍给ASTM标准委员会，成为F48.04外骨骼开发标准委员会的小组主席。 “ASTM F48委员会主要关注的是正在使用的部件的失效疲劳，与任何将用于人类使用的研发项目一样。通过日常使用中的压缩、拉伸和弯曲运动，对所用部件和/或材料进行预期寿命的评估。我们现在使用的Tinius Olsen的测试系统能够使我们更高效的进行所需的测试，大大缩短研发时间。” 在英国一个大型工程展上的一次偶然相遇为工作伙伴关系奠定了基础，最初，Tinius Olsen出借了一个50kN的试验机、一个“ASTM也对我们的研发项目带来了相当大的帮助，我们实际上已经从普雷斯顿的一个小实验室上升到了国际舞台上，见证了这一研发项目呈指数级地向前推进。如果没有Tinius Olsen，我们根本无法达到目前的水平。” “我们的最终目标是开发一套能够提供辅助生活的外穿装置。它的设计并不是为了增加力量，而是为了让患有肌肉疾病的儿童更灵活、更独立，最重要的是，提高生活质量。”其他应用 这一研发不仅在医学领域可以成功应用，在其他行业也有它的用武之地。例如，美国宇航局（NASA）等航天机构可以将这项技术应用到他们的宇航服设计中，以应对计划于20世纪30年代中期进行的火星任务。 同时它也可以扩展到军事应用，不仅用于支持士兵和飞行员的身体结构，还能应用于负责重型飞机、坦克和飞机建造和维护的地勤人员和技术人员。 职业体育也可以从中受益。美式足球和橄榄球等体育运动中的身体防护装备是显而易见的应用，但在治疗运动损伤这一方面也能有所作为。 而在建筑业和其他制造业相关的重型起重作业中，这类外穿装置将会降低工人的工伤概率，也能因此减少因工人劳累和背部受伤而损失的工作时间。