CFRP，全稱為CarbonFiberReinforcedPlastics。碳纖維復合材料因其優異的力學性能，在諸如航天航空、能源建筑、軍事工業等領域得到了越來多的重視和應用。而碳纖維復合材料相較于金屬鈑金材料，其在耐腐蝕、耐疲勞、比強度、比模量等方面的優勢，也在汽車設計領域受到越來越多的青睞。今天Aigtek安泰電子就給大家(jia)介紹一下由(you)高電壓(ya)放(fang)大器(qi)組成的(de)碳纖維材料疲(pi)勞測(ce)試系統(tong)。

　　在碳(tan)纖維材料(liao)(liao)疲(pi)(pi)(pi)勞(lao)(lao)測試(shi)中，因為(wei)損(sun)傷形式的(de)多(duo)樣(yang)性影(ying)響，這些失(shi)(shi)效形式的(de)耦合作(zuo)用使得碳(tan)纖維復合材料(liao)(liao)的(de)疲(pi)(pi)(pi)勞(lao)(lao)失(shi)(shi)效與現(xian)(xian)有(you)汽車產業使用的(de)常規鈑金材料(liao)(liao)有(you)著很大的(de)不同。以疲(pi)(pi)(pi)勞(lao)(lao)失(shi)(shi)效導(dao)致的(de)裂(lie)紋(wen)為(wei)例，傳(chuan)統金屬的(de)裂(lie)紋(wen)擴展(zhan)形式較為(wei)單一，而碳(tan)纖維復合材料(liao)(liao)的(de)疲(pi)(pi)(pi)勞(lao)(lao)失(shi)(shi)效往往體現(xian)(xian)為(wei)裂(lie)紋(wen)場(chang)的(de)擴展(zhan)形式。所以疲(pi)(pi)(pi)勞(lao)(lao)測試(shi)的(de)規劃按照(zhao)其物理意義，以一個(ge)加載周期為(wei)表征且用一個(ge)波形來表示(shi)。

　　整個疲(pi)勞(lao)(lao)(lao)力(li)學(xue)(xue)性能因規劃為主要(yao)針(zhen)對加(jia)載(zai)頻率和(he)碳(tan)纖(xian)維(wei)復合(he)材(cai)料的(de)疲(pi)勞(lao)(lao)(lao)壽命之間(jian)的(de)影響(xiang)關系。所(suo)以(yi)基于相(xiang)(xiang)同應力(li)水(shui)平下，針(zhen)對本文的(de)碳(tan)纖(xian)維(wei)復合(he)材(cai)料的(de)樣(yang)片進行(xing)不同加(jia)載(zai)頻率的(de)恒幅疲(pi)勞(lao)(lao)(lao)測試(shi)(shi)實驗(yan)(yan)，其(qi)加(jia)載(zai)頻率分別為：1Hz、5Hz和(he)15Hz，與之相(xiang)(xiang)對應的(de)疲(pi)勞(lao)(lao)(lao)性能試(shi)(shi)驗(yan)(yan)可(ke)以(yi)按照典型的(de)應力(li)比分為拉(la)伸(shen)載(zai)荷(he)疲(pi)勞(lao)(lao)(lao)力(li)學(xue)(xue)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)（R=0.1），壓縮(suo)載(zai)荷(he)疲(pi)勞(lao)(lao)(lao)力(li)學(xue)(xue)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)（R=-0.5），其(qi)中拉(la)伸(shen)載(zai)荷(he)疲(pi)勞(lao)(lao)(lao)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)分為0°和(he)45°兩個方向進行(xing)，壓縮(suo)疲(pi)勞(lao)(lao)(lao)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)為0°方向進行(xing)。

　　這些試(shi)(shi)驗(yan)中，其測試(shi)(shi)樣片與準(zhun)(zhun)靜態力學試(shi)(shi)驗(yan)所采用的(de)相(xiang)同。測試(shi)(shi)環境的(de)設(she)定根據(ju)ASTMD3479標準(zhun)(zhun)模(mo)擬室(shi)溫(wen)進行(xing)，溫(wen)度(du)設(she)定在(zai)(zai)20±5℃，濕(shi)度(du)設(she)定在(zai)(zai)45±5％。在(zai)(zai)應(ying)力比R=0.1的(de)應(ying)力水平(ping)下共進行(xing)了不同加(jia)載頻率(lv)下的(de)疲(pi)勞壽命試(shi)(shi)驗(yan)。

　　每組試(shi)驗進行3個壽命樣本(ben)(ben)的測試(shi)，試(shi)驗結果如(ru)表(biao)5所列(lie)。本(ben)(ben)文所采用的碳(tan)纖(xian)維復合材(cai)料的疲勞極(ji)限為236MPa，其對應的最大(da)應力與(yu)抗拉強度的比值為0.70。與(yu)常規鈑金材(cai)料的比值0.30~0.50的范圍(wei)相比較，可(ke)以(yi)看出碳(tan)纖(xian)維復合材(cai)料在疲勞極(ji)限上體現出了更好的力學性(xing)能。

　　試驗后的(de)樣(yang)(yang)片(pian)圖片(pian)可參見(jian)圖4，從(cong)失效(xiao)樣(yang)(yang)片(pian)的(de)斷口可以(yi)看出，由于不同(tong)的(de)加載載荷所導致的(de)應(ying)力水平不同(tong)，對于最高循環應(ying)力水平在疲勞循環的(de)應(ying)力峰值（650MPa，相當于90%的(de)抗拉強度(du)）的(de)失效(xiao)樣(yang)(yang)件(jian)，其斷口呈脆性斷裂的(de)特征且有部分纖維束被拉出。

　　而(er)對于最(zui)低循環應(ying)力水(shui)平(ping)在疲勞循環的應(ying)力峰值（520MPa，相當于70%的抗拉強(qiang)度）的失(shi)(shi)效(xiao)樣(yang)件，并未出現宏(hong)觀(guan)失(shi)(shi)效(xiao)。而(er)其他幾(ji)級應(ying)力水(shui)平(ping)的樣(yang)片，分(fen)(fen)別出現了部分(fen)(fen)纖(xian)維斷裂乃至分(fen)(fen)層失(shi)(shi)效(xiao)等(deng)宏(hong)觀(guan)表征(zheng)。

　　應(ying)力比R=-0.5的(de)應(ying)力水平下共進(jin)(jin)行(xing)(xing)了不同加載頻(pin)率(lv)下的(de)疲勞壽命試驗(yan)。每組(zu)試驗(yan)進(jin)(jin)行(xing)(xing)3個壽命樣本(ben)的(de)測試，其試驗(yan)結果如表6所示。

　　從試(shi)驗后(hou)的(de)樣(yang)(yang)片圖5可以看出，除了(le)(le)一組試(shi)樣(yang)(yang)沒有出現斷(duan)裂的(de)疲勞(lao)失(shi)效(xiao)(xiao)（對應于最低循環應力水平(ping)）外(wai)，其余(yu)幾組試(shi)樣(yang)(yang)都不同程(cheng)度的(de)出現了(le)(le)與(yu)準靜態壓縮試(shi)驗后(hou)相(xiang)類似的(de)失(shi)效(xiao)(xiao)模(mo)式，即試(shi)樣(yang)(yang)的(de)斷(duan)面與(yu)加載方向都呈現出了(le)(le)一定的(de)角(jiao)度。

　　應力比R=-0.5下(xia)的材料疲(pi)勞極(ji)限(180MPa)小于應力比R=0.1疲(pi)勞載(zai)荷下(xia)的疲(pi)勞極(ji)限(236MPa)，即此碳纖(xian)維復合(he)材料的拉(la)伸疲(pi)勞性(xing)能要好于其壓縮性(xing)能。

　　為(wei)滿足(zu)碳纖維(wei)材料疲勞測試中(zhong)對高電壓的需求，Aigtek為(wei)廣大(da)科研(yan)工作(zuo)者提供了完善的解(jie)決方案(an)，ATA-7015高壓放(fang)大(da)器(qi)，ATA-7015是(shi)一款理想的可(ke)放(fang)大(da)交、直流信號的高壓放(fang)大(da)器(qi)。單端輸(shu)出(chu)3kVp-p（±1.5kVp）高壓，可(ke)以驅動高壓型(xing)負(fu)載。電壓增益數控可(ke)調，一鍵保存常(chang)用設置(zhi)，為(wei)您提供了方便簡潔的操(cao)作(zuo)選擇。

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　　ATA-7015高壓放大器

　　帶寬：（-3dB）DC~80kHz

　　電壓：3kVp-p（±1.5kVp）

　　電流：40mAp

　　功率：60Wp

　　壓擺率：≥534V/μs

　　可程控

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