动态与静态:发展机械特性描述

用于航空航天的材料必须非常坚固。对于商业航空公司来说，用于制造飞机的材料需要能够承受零下45°C到45°C的温度和超过400公里每小时的风速。所有材料都必须经过严格的测试，以复制在使用过程中遇到的真实动态条件。Meysam Rahmat博士在加拿大国家研究委员会航空航天研究中心的研究中，致力于设计新的测试方法，更精确地测量和测试这些材料在使用过程中所经历的动力类型，以更好地了解它们的行为和特性。

航空航天材料是地球上最严格测试的材料。它们必须能够承受广泛的环境条件，例如温度和压力，同时保持其所需的性能。虽然这种材料的耐久性是强制性的，但更重要的是，材料的故障很容易，并且充分地确定。最终目标是防止中国航空公司飞行611次崩溃等事故，金属疲劳导致225人死亡。

为了能够检测材料即将发生的故障，需要对材料的行为有全面的了解。为此，研究人员使用了各种基于实验室的测试技术，以及数值模拟，试图预测材料在接近失效点时的行为。

对于这种测试和建模可用于航空航天材料，它们必须有效地模仿材料在使用时的体验的力量。例如，在实验室中测试用于飞机翼的金属通过弯曲它们并将应力和施加到各种试验台上的材料施加到材料中，在实验室中进行测试。通过重复的测试和建模，可以实现对金属行为的全面理解，以确定一旦飞机使用一旦使用一旦使用飞机就可以用于原位测试的预警标志。

专门使用静态测试不能为在使用时经历的许多快速变化的力量提供良好的模型。

许多现有的测试都会查看对材料的静态力量。这是施加到材料的负荷在给定时间上基本恒定，并且是建模的好方法，例如，座椅的重量在平面结构上的恒定力。然而，静态压力测试不能为飞机在使用时经历的许多快速变化的力提供良好的模型。

为了研究材料如何在突然应用力时，使用动态测试。Meysam Rahmat博士在全国研究委员会航空航天研究中心加拿大一直在开拓新的测试方法，专注于动态应力对航空航天材料的影响，这揭示了静态或准静态的结果非常不同的结果，或者在哪里在更长的时间内应用于动态测试的时间，对飞机安全的重要意义。

压力的测量
为了进行动态应变测试，Rahmat博士使用了一个伺服-液压负载框架。这种框架可以定制为不同类型和大小的负载。在Rahmat博士的动态测试中，他使用了一个专门设计来达到高速的负载框架。框架可以达到8米每秒的速度，因为它突然施加荷载到静止的样品，导致力的突然转移。一系列传感器测量样品不同位置的局部变形，以获得“应力”(测量作用在样品上导致变形的力)和“应变”(测量材料由于可能导致开裂的力的变形)。

这些类型的动态应力测量的一个常见问题是，测压元件测量的值在测量过程中振荡，使得很难提取样本所经历的真实应力-应变值。可以采取一些预防措施，如使用轻型夹具和优化仪表的安装位置，以最小化这些振动。Rahmat博士的部分工作是仔细研究改变测试参数(如样品几何形状)如何影响最终获得的材料属性值，以确保其准确性，以及这些减少振荡的修正是否适用于不同的材料。

从这种测试中获得的信息是非常有价值的，而不仅仅是为了理解物质行为，而且来自设计视角。

应力性骨折
Rahmat博士使用他的方法研究的首批材料之一是铝狗骨结构，因其形状与狗骨相似而得名。这是拉伸试验样品的典型形状，因为中间狭窄的部分受到大多数变形的影响。这对于测试的方便是很重要的:如果应力集中在样品的侧面附近，在那里它被夹紧到测试机器上，这将导致人工读数，因为夹紧样品会干扰测量。这也有利于测量伸长率，因为这意味着测量的材料长度变化完全来自材料，而不是来自夹具的变化。

在这些动态测量中，Rahmat博士发现，对于这个经过充分研究的铝样品，动态测量值与准静态测量值之间的极限强度和断裂伸长率存在很大偏差。这不仅是为了确保材料的测试是现实的，它最终将在该领域的经验，而且是为了完善模型的反应，这类材料的预期应力和应变。

测试材料的光学显微镜图像还表现出物质经历的裂缝类型的差异，具体取决于它是否在较长时间内非常突然或逐渐地接受了力量。虽然只能通过显微镜观察到的金属的表面结构的小变化可能看起来差异，但这表明铝的能量吸收量取决于力的速度，显示材料将具有不同的电阻不同类型的装载条件。

金属纳米复合材料
所有这些测试和模型细化最终最终增强了对非常熟练的材料的理解，但Rahmat博士也一直将其扩展到纳米复合材料。纳米复合材料是由不同纳米级材料组成的新型和复杂的材料，并且使用动态应变方法没有得到很好地研究。通过测试由常见环氧树脂形成的纳米复合材料，用氮化硼纳米管，Rahmat博士和他的团队能够看到纳米管的包含如何为样品增加更大的弹性和拉伸强度，但对剪切性能几乎没有影响环氧树脂。

从这些测试中获得的信息不仅对理解材料性能非常有价值，而且从设计角度也很有价值，因为它可以确定哪些混合物具有最理想的性能。Rahmat博士正在开发的方法也非常适用于广泛的物质，他将在未来的工作中继续探索。