考虑到计算能力的提高和模拟工具的改进，物理测试的作用是什么？
（Michelle Hill和Andrew Halfpenny博士）
当谈到物理测试时，大多数人都会想到全面测试，比如直升机处于振动状态或类似情况。但是，如果您查看测试类型三角形（下图），您会发现全尺寸测试只是其中的一小部分。我们将测试分为鉴定测试，包括全尺寸测试和参数测试。我们的硬件和软件主要用于参数测试，准确地说，主要是试片测试。
进行试片测试的主要目标是获取物理参数，以导出可用于仿真的物理模型。在轻量化之前，我们可以从谷歌获取材料属性。但轻质材料的特性，大部分您无法获取相关资料。
在测试三角形的下一层，您可以看到元素测试。即使是在简单的轻组件水平上，这些通常是以某种方式铸造或制造的结构。我们测试它们，可以确定负载与寿命。我们现在需要将这些转化为压力，这涉及通过仿真模型对材料特性进行反计算。因此，我们建立了测试元件的有限元模型，并进行了复杂的优化，以确定所需的参数。在这里，重要的是，我们在客户的完整结构模型中使用相同的有限元建模指南，只有这样，我们才能向他们提供他们需要的结果。
上层级别显示组件测试。这里，我们想计算一些更完整的参数。例如，对于振动，阻尼是非常关键的，因为它是唯一吸收能量的东西。我们需要知道这一点，在组件测试级别，我们尝试获取模拟的参数。
鉴定测试通常在周期结束时进行，允许我们进行大量测量，以检查我们的假设是否正确。如果结构失败，我们需要模拟它失败的原因，以便在进入下一轮之前，我们可以模拟消除失败。而且，如果鉴定测试已经结束，这意味着任何更改对客户来说都是非常昂贵的。因此，必须增加参数测试，以使我们的模型更加健壮和准确。
在图中，您将发现第三类测试，可靠性测试。当参数测试将物理模型映射到故障时，可靠性测试将统计模型映射到故障上。在HBK，测试的目标是了解在保修期内，有多少产品会出现故障，以及需要多少费用。
对于CFRP等材料的试验，有ASTM D 3039/DIN 65378（拉伸）、ASTM D 695（平面压缩）、ASTM D 3518（平面内剪切）、ASTM D 707（V型切口钢轨剪切）等标准。这些标准是多年来制定和发展的。
对于新技术，如材料的添加剂制造认证，需要制定新标准。可用于这些材料的材料数据库不多，这使得在今天的产品中使用它们更加困难。
标准传统材料可以根据长期经验和许多标准进行认证，例如，对于试片测试，可以使用不同的负载情况和测试场景。将这些标准作为一种通用语言，设计工程师使用这些材料要比使用新材料设计容易得多。
从结构或整个产品（如飞机）的认证来看，更为复杂。这些内容涵盖了比简单的“如何测试试样”和定义材料属性更多的方面。这些认证包括设计、制造和维护方面以及整体情况。
（Michelle Hill和Andrew Halfpenny博士）
降低无知系数是一个巨大的挑战。但另一点是，我们现在正在测试组件而不是材料。对于关节，同样存在需要使用与客户相同的有限元模型的问题，因为我们指定了模型相关的属性。这需要反向计算才能找到属性。
此外，焊缝之间的巨大差异也是一个挑战。如果汽车公司A想要测试一个焊缝，你一定可以确定这和汽车公司B测试的焊缝是不同的。这就是为什么必须为每个客户建立测试样本模型的原因。但差异不仅存在于不同的客户之间，而且客户还必须大规模生产相对应的组件。这里的问题是，这是否适用于完全自动化的大规模生产。
当涉及到复合材料时，它变得更加复杂。我们如何定义失败？关节很简单，它们一分为二。但复合材料不会散开，它们会失去刚度或强度。此外，在宏观层面上，你无法将复合材料与合金进行比较。复合材料可以通过许多不同的机制在宏观层面上失效。纤维脱粘、基体开裂或纤维开裂可能是高度渐进性失效途径的一部分。当我们决定什么是失败时，我们必须谈论压力。是纤维和基体之间每个体积的应力，还是仅纤维中的应力？所有这些都是悬而未决的问题，我们需要付出更多的努力来回答它们。
另一个挑战是复合材料的标准。虽然ASTM和ISO标准通常来自空中客车公司或波音公司，但它们是为航空航天规定的。这对汽车工业就变得非常困难，例如，因为他们主要需要廉价的复合材料，但你仍然必须满足高标准。然后你仍然只有测试的标准，但没有解释数据的标准。在这方面，与研究实验室一起寻找答案也很重要。
你能给我们举一些例子说明如何鉴定材料和测试轻质结构吗？
（Michelle Hill和Andrew Halfpenny博士）
传统的方法是 HBK 为材料试验以及飞行剖面（载荷）提供解决方案。这需要进行仿真，疲劳分析需要三个输入：载荷、材料和几何形状。我们可以模拟几何体，如果不起作用，我们只需更改CAD/FEA模型，直到获得良好的寿命结果。然后我们创建一个原型，测试它，然后将它与我们的分析关联起来。如果我们是对的，我们最终只需要一个原型。
然而，这与复合材料不同，因为它们的模拟路径要复杂得多。在这里，材料属性因结构而改变。没有复合材料这类东西，无论在哪里，都会有性能不断变化的复合材料组件。对于组合，任务和结果变得更复杂。现在，我们又在使用“老办法”。我们需要更多的原型，因为你不能再相信仿真了，因为这对于复合材料来说还是非常新的，不像金属，在金属中，模拟效果相当好。
所以你看，即使在70年后，彗星的设计方法与梦幻客机的设计-测试-修复方法相似。我们需要更多不同规模的原型，因为仿真仍然不能充分处理复合材料
（Michelle Hill和Andrew Halfpenny博士）
起初，我们认为传统金属也缺乏数据。给定数据的问题是，它可靠吗？您从标准中获得的一些数据来自60年代，或者可能是针对不同行业收集的。您需要密切关注数据的来源。对于复合材料，您还有一个问题，即即使您有参数，也无法确保它们在整个材料中都是相同的。
我们的客户主要从事部件和结构鉴定。我们测试试件材料，并从中获得复合材料的信息。然而，当我们处理焊缝时，我们测试焊缝，并通过运行模拟计算出试件的特性。如果它是一个组合，那么它就是我们测试的组件。
这里值得一提的是，钛和铝的添加剂制造被视为复合材料。如果您有两个客户，他们都使用相同的添加剂制造机器，由于机器的不同设置，您将无法获得相同的材料特性。这里需要进一步的测试，因为AM也有新类型的缺陷，如孔隙度或未熔合。
（Michelle Hill和Andrew Halfpenny博士）
我们使用不同的HBK设备，例如测力传感器，应变片以及QuantumX进行数据采集，还使用Instron和MTS的测试机。
使用应变计时，我们遇到了一个问题，即其中一种新材料非常好，其性能优于应变计。对于HBK来说，这意味着我们必须不断创新设备，以跟上材料的发展。说到创新，我们有机会用激光引伸仪进行测试。它可以在微米范围内测量，无需接触，并消除了复合材料在失效时“爆炸”可能损坏设备的问题。
2021年9月22日 10:44
